(57)【要約】【課題】非金属性の基材の表面に導電性の粉体を付着することができ、電気伝導性や熱伝導性を向上させることができる積層体製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る積層体製造方法は、コールドスプレー法を用いるものであって、液晶ポリマー（ＬＣＰ）によって形成される基材１０の表面に導電性の粉体２０を付着させることによって、基材１０に導電体３０を積層するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドスプレー法を用いた積層体製造方法であって、
液晶ポリマーによって形成される基材の表面に導電性の粉体を付着させることによって、前記基材に導電体を積層することを特徴とする積層体製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の積層体製造方法であって、
前記基材に前記導電体を積層した後、前記基材及び前記導電体に熱加圧処理を施すことを特徴とする積層体製造方法。
【請求項３】
基材の表面に導電性の導電体が積層された積層体であって、
前記基材は、液晶ポリマーによって形成されることを特徴とする積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドスプレー法により基材の表面に導電性の粉体を付着・堆積することによって、該基材に導電体が積層された積層体及び積層体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コールドスプレー法により金属性の基材の表面に金属性の粉体を付着することによって、該基材に導電体（導電性パターン）が積層された積層体の製造方法（以下、積層体製造方法）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この積層体製造方法は、粉体材料の融点又は軟化点よりも低い温度に設定した超音速で流れる不活性ガスで、スプレーノズルから粉体を噴射させることによって、基材の表面に粉体を衝突させて、基材に導電体が積層された積層体を製造するものである。
【０００４】
このコールドスプレー法は、一般的な薄膜成形技術である物理気相成長（ＰＶＤ）法や化学気相成長（ＣＶＤ）法と比較して、成膜速度が高い特徴を有している。
【０００５】
ここで、成膜速度が高い技術としては、溶射法が知られているが、該溶射法は、粉体材料の溶融を前提とする方法である。このため、溶射法では、溶射中において粉体の酸化や熱的変質に伴う特性劣化が避けられない。従って、溶射法では、金属材料特有の電気伝導性や熱伝導性を維持した積層体の製造がきわめて困難である。
【０００６】
これに対して、コールドスプレー法では、上述したように成膜速度が高いとともに、粉体材料の溶融を伴わないため、酸化物を含むことなく基材の表面に粉体を付着でき、電気伝導性や熱伝導性が向上した積層体を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２１５５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した従来の積層体製造方法では、基材としては、その表面に粉体を積層できれば特に制限はなく、金属及び非金属のいずれであってもよいものとされている。
【０００９】
しかし、従来の積層体製造方法では、金属性の基材に金属性の粉体を容易に付着できるものの、非金属性の基材に金属性の粉体を付着することが困難であった。つまり、従来の積層体製造方法では、非金属性の基材に金属性の粉体を付着させる具体的な方法までは言及されておらず、非金属性の基材に金属性の粉体を付着することについては未だ検討されていないのが現状である。
【００１０】
そこで、本発明は、非金属性の基材の表面に導電性の粉体を付着することができ、電気伝導性や熱伝導性を向上させることができる積層体及び積層体製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、コールドスプレー法を用いた積層体製造方法であって、液晶ポリマー（ＬＣＰ）によって形成される基材（基材１０）の表面に導電性の粉体（粉体２０）を付着させることによって、前記基材に導電体（導電体３０）を積層することを要旨とする。
【００１２】
かかる特徴によれば、液晶ポリマーは、他の非金属（樹脂材料）に比べて、結晶性樹脂のなかでも繊維状の構造を持つ特殊な材料であり、高い耐熱性を有する。そのため、液晶ポリマーは、コールドスプレー法を行った場合、エロージョン現象を起こしにくい。また、液晶ポリマーでは、コールドスプレー法にて、一度、表面が溶解し、再結晶時、その粉体のアンカー効果（密着力が高まる効果）を保持する特徴も併せ持っている。従って、コールドスプレー法にて液晶ポリマーによって形成される基材の表面に導電性の粉体を付着させることができ、酸化物を含むことなく、電気伝導性や熱伝導性等を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係る積層体製造方法であって、前記基材に前記導電体を積層した後、前記基材及び前記導電体に熱加圧処理を施すことを要旨とする。
【００１４】
かかる特徴によれば、前記基材に前記導電体を積層した後、前記基材及び前記導電体に熱加圧処理（いわゆる、アニール処理）を施す。これにより、単位体積あたりの抵抗率（いわゆる、比抵抗）を低減させることができ、導電体の厚み（寸法精度）をより均一にすることができる。特に、導電体が薄い場合（例えば、１００μｍ程度）などに有効となる。
【００１５】
本発明の第３の特徴は、基材の表面に導電性の粉体が積層された積層体であって、前記基材は、液晶ポリマーによって形成されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の特徴によれば、非金属性の基材の表面に導電性の粉体を付着することができ、電気伝導性や熱伝導性を向上させることができる積層体及び積層体製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る積層体製造方法により得られる積層体１を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本実施形態に係る積層体１を製造するための平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、基材１０に付着する粉体２０の質量［ΔＷ］（縦軸）と、粉体２０の速度［ｍ／ｓ］（横軸）との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、単位体積あたりの抵抗率［Ωｃｍ］（縦軸）と、導電体３０の厚さ［μｍ］（横軸）との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、単位体積あたりの抵抗率［Ωｃｍ］（縦軸）と、基材１０及び導電体３０に熱加圧処理を施す前後との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる基材１０に粉体２０が積層された様子を示す顕微鏡写真である。
【図７】図７は、ナイロンからなる基材１０に粉体２０が積層された様子を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係る積層体製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）積層体の構成、（２）積層体製造方法、（３）比較評価、（４）基材の材料の特性、（５）作用・効果、（６）その他の実施形態について説明する。
【００１９】
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
【００２０】
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。
【００２１】
（１）積層体の構成
まず、本実施形態に係る積層体製造方法により得られる積層体１の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る積層体製造方法により得られる積層体１を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、積層体１は、後述するコールドスプレー法によって基材１０の表面に導電性の粉体２０（図２（ｂ）参照）が付着・堆積されることによって、該基材１０に導電体３０（導電性パターン）が積層されたものである。
【００２３】
基材１０は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）によって形成されている。粉体２０としては、基材１０の表面に付与する機能に応じて適宜選択でき、例えば、銅や金、銀、アルミ等が挙げられる。導電体３０の厚さや形状についても、適宜設定することができ、例えば、厚さ７０μｍ以上に設定される。
【００２４】
（２）積層体製造方法
次に、上述した積層体１を製造する積層体製造方法について、図２〜図４を参照しながら説明する。図２（ａ）は、本実施形態に係る積層体１を製造するための平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３は、基材１０に付着する粉体２０の質量［ΔＷ］（縦軸）と、粉体２０の速度［ｍ／ｓ］（横軸）との関係を示すグラフである。図４は、単位体積あたりの抵抗率［Ωｃｍ］（縦軸）と、導電体３０の厚さ［μｍ］（横軸）との関係を示すグラフである。図５は、単位体積あたりの抵抗率［Ωｃｍ］（縦軸）と、基材１０及び導電体３０に熱加圧処理を施す前後との関係を示すグラフである。
【００２５】
本実施液体に係る積層体製造方法では、コールドスプレー法によって液晶ポリマー（ＬＣＰ）によって形成される基材１０の表面に粉体２０を付着することによって、該基材１０に導電体３０が積層された積層体１を製造する。
【００２６】
具体的には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ネジＮが挿通された基材１０の表面側において、ワッシャーＷを介してマスクＭが設けられている。このマスクＭには、基材１０の表面に粉体２０を付着させる部分に対応した貫通孔Ｍ１が形成されている。つまり、粉体２０は、貫通孔Ｍ１を通過して基材１０の表面に付着・堆積される。
【００２７】
そして、図２（ｂ）に示すように、スプレーノズル１００に粉体２０及び不活性ガスＧ（例えば、ヘリウムや窒素、空気）が供給されることによって、不活性ガスＧが超音速に加速されるとともに、粉体２０が加速された不活性ガスＧに同伴する。そして、スプレーノズル１００から不活性ガスＧと一緒に噴射された粉体２０は、高速で基材１０の表面に衝突する。これにより、一度、基材１０の表面が溶解し、再結晶時、その粉体２０のアンカー効果（密着力が高まる効果）によって、基材１０の表面に粉体２０が付着される。従って、基材１０に導電体３０が形成され、積層体１が製造される。
【００２８】
ここで、スプレーノズル１００へ供給する不活性ガスＧの圧力は、粉体２０の基材１０の表面に対する衝突速度が臨界速度（Ｖｃｒ）を超えるように調節される。また、スプレーノズル１００に供給する不活性ガスＧの温度は、使用される粉体２０の融点または軟化点よりも低い温度に設定される。さらに、粉体２０を同伴させる不活性ガスＧの速度は、臨界速度（Ｖｃｒ）以上の速度で粉体２０の粒子が基材１０に衝突するように設定される。
【００２９】
図３に示すように、粉体２０の速度が臨界速度以下であると、基材１０の表面から粉体２０が撥ね返ることや、エロージョン現象が生じてしまう。一方、粉体２０の速度が臨海速度よりも速過ぎると、基材１０の表面に衝突した粉体２０が外方に飛散してしまう。
【００３０】
なお、エロージョン現象とは、固体、液体及び気体が材料との相対的動きや衝撃的な繰り返し作用によって生ずる機械的力によって材料表面を変形・劣化させ、少しずつ材料を脱離させその場所に減肉を生じさせる現象である。
【００３１】
ここで、本実施形態では、基材１０の表面に粉体２０を付着させて積層体１を製造しているが、基材１０の表面に導電体３０を積層した後、基材１０及び導電体３０に熱加圧処理（いわゆる、アニール処理）を施すことによって積層体１を製造していてもよい。この熱加圧処理時には、加圧ロールやプレス板などによって、基材１０及び導電体３０を８０〜１００ＭＰａ程度で加圧することが好ましい。
【００３２】
図４に示すように、導電体３０の厚さが薄くなるほど、単位体積あたりの抵抗率（いわゆる、比抵抗）が大きくなってしまう。このため、導電体が薄い場合（例えば、導電体が図４のような１００μｍ程度の厚さの場合）、図５に示すように、基材１０及び導電体３０に熱加圧処理を施さない場合と比較して、単位体積あたりの抵抗率を約２０％低減させることができる。これにより、導電体３０の表面に光沢が生じ、導電体３０の厚み（寸法精度）をより均一にすることができる。
【００３３】
（３）比較評価
次に、複数の非金属からなる基材１０が用いられた積層体１の通電性（いわゆる、電気伝導性）及び外観性について、図６，７及び表１を用いて説明する。図６は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる基材１０に粉体２０が積層された様子を示す顕微鏡写真である。図７は、ナイロンからなる基材１０に粉体２０が積層された様子を示す顕微鏡写真である。
【００３４】
ここで、基材１０の材料として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ナイロン、ガラスエポキシの３種類を用意し、同一条件（不活性ガスの温度・圧力）で積層体１の通電性及び外観性測定した。
【表１】
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【００３５】
表１に示すように、基材１０に液晶ポリマー（ＬＣＰ）が用いられると、粉体２０の径に関わらず、基材１０にナイロン及びガラスエポキシが用いられる場合と比較して、通電性及び外観性に優れていることが分かった。
【００３６】
具体的には、基材１０に液晶ポリマー（ＬＣＰ）が用いられると、図６に示すように、導電体３０の厚みが約１１１μｍで厚く均一であり、粉体２０の粒子がつながっていることが分かる。
【００３７】
これに対して、基材１０にナイロンが用いられると、図７に示すように、導電体３０の厚みが約２０μｍで薄くムラがあり、様々な大きさの粉体２０の粒子が島状に存在し、隣接する島状間に空間ができている。なお、基材１０にガラスエポキシが用いられる場合については、表１に示す通りである。
【００３８】
従って、基材１０に液晶ポリマー（ＬＣＰ）が用いられると、粉体２０の粒子がつながるため、通電性及び外観性に優れていることが確認された。
【００３９】
（４）基材の材料の特性
次に、上述した基材１０に液晶ポリマー（ＬＣＰ）が用いられた場合の特性と、基材１０にナイロンが用いられた場合の特性について、簡単に説明する。
【００４０】
（４．１）液晶ポリマーの特性
液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、体積変化がほとんどない特徴をもっている。なお、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の結晶性樹脂は、固化すると体積が減ってしまう（非晶質は、固化した場合には体積は変化しない）。
【００４１】
つまり、液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、成形品の内部にフィブリル（小繊維）からなる繊維状構造（繊維状分子のくさりの束が幾重にも積み重なっている状態）を有しており、表面スキン層（分子配向した強強度の層）が形成される。
【００４２】
このため、液晶ポリマー（ＬＣＰ）の表面が熱と圧力で溶解すると、フィブリル構造で溶融するために、材料との相対的動きや衝撃的な繰り返し作用によって生ずる機械的力が吸収されることによって、エロージョン現象を起こしにくい状態となる。また、熱と圧力の印加がなくなると冷えて再結晶化する。これにより、アンカー効果（密着力が高まる効果）も維持した状態となる。
【００４３】
また、液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、曲げ弾性率が約１１０００ＭＰａであり、アルミ材よりやや弱い状態である。ちなみに、ナイロンの曲げ弾性率は、約３４３２ＭＰａである。このことからも、液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、アルミに近い強度をもっていることになる。
【００４４】
（４．２）ナイロンの特性
ナイロンの融点は、約２２０度となり、液晶ポリマー（ＬＣＰ）と比較して約９０度も低くなっている。また、ナイロンの破断伸びについても、液晶ポリマー（ＬＣＰ）と比べて１０倍以上大きい。ナイロンでは、最初の粉体２０が、ナイロンの表面に突き刺さって導電体３０が形成される。しかし、ナイロンでは、粉体２０の粒子が次から次に樹脂表面に突き刺さってくる衝撃的な繰り返し作用によって生ずる機械的力及びガス温度（４００度）によって、ナイロン自体の溶融と伸びのスピードが液晶ポリマー（ＬＣＰ）と比べて、非常に早い。
【００４５】
このため、ナイロンの表面を変形・劣化させ，少しずつナイロンを脱離させその場所に減肉を生じさせることになる。また、一度、エロージョン現象が発生すると、粉体２０が付着することによって、ナイロンの表面が加熱されるが、エロージョン現象によって、粉体２０が剥離すると、ナイロンの表面の温度もそれほど加熱しない状態となる。このため、粉体２０の積層が少なく、粉体２０の粒子間の接続が少ないために通電しない状態となる。
【００４６】
（５）作用・効果
以上のことから、基材１０の材料については、粉体２０に近い固さをもっていた方が、塑性変形しやすいため、ナイロンよりも液晶ポリマー（ＬＣＰ）が優れている。また、液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、他の非金属（樹脂材料）に比べて、結晶性樹脂のなかでも繊維状の構造を持つ特殊な材料であり、高い耐熱性を有する。そのため、液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、コールドスプレー法を行った場合、エロージョン現象を起こしにくい。また、液晶ポリマー（ＬＣＰ）では、コールドスプレー法にて、一度、表面が溶解し、再結晶時に粉体２０のアンカー効果（密着力が高まる効果）を保持する特徴も併せ持っている。従って、コールドスプレー法にて液晶ポリマーによって形成される基材１０の表面に導電性の粉体２０を付着させることができ、酸化物を含むことなく、電気伝導性や熱伝導性等を向上させることができる。
【００４７】
また、基材１０の表面に導電体３０を積層した後、基材１０及び導電体３０に熱加圧処理（いわゆる、アニール処理）を施してもよい。この場合、単位体積あたりの抵抗率（いわゆる、比抵抗）を低減させることができる。これにより、導電体３０の表面に光沢が生じ、導電体３０の厚み（寸法精度）をより均一にすることができる。特に、導電体が薄い場合（例えば、１００μｍ程度）などに有効となる（図４及び図５参照）。
【００４８】
（６）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【００４９】
例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。具体的には、
粉体２０の材料及び導電体３０の厚さや形状については、実施形態で説明したものに限らず、適宜設定することができる。また、不活性ガスＧの圧力や温度、速度等についても、実施形態で説明したものに限らず、適宜設定することができる。
【００５０】
また、積層体１は、コールドスプレー法によって形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、溶射法に含まれるコールドスプレー法以外の方法によって形成されてもよい。この場合でも、溶射中において粉体２０の酸化や熱的変質に伴う特性劣化をできる限り避けられる方法であることが好ましい。
【００５１】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる。
【符号の説明】
【００５２】
１…積層体
１０…基材
２０…粉体
３０…導電体
【図１】
2013193037.tif 000004
【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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