特許 6358850 アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6358850

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 15/04 20060101AFI20180709BHJP

   B32B 5/02 20060101ALI20180709BHJP

   C22C 47/20 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   B32B15/04 Z

   B32B5/02 B

   C22C47/20

【請求項の数】14

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-105297(P2014-105297)

(22)【出願日】2014年5月21日

(65)【公開番号】特開2015-217655(P2015-217655A)

(43)【公開日】2015年12月7日

【審査請求日】2017年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109911

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義仁

(74)【代理人】

【識別番号】100071168

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 久義

(72)【発明者】

【氏名】溝 達寛

【審査官】 堀 洋樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／０５１７８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０１１９６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−０６６９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２０２４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０９２８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０７６９０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｃ２２Ｃ １／００− １／１０、４７／００−４９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素繊維とバインダーと前記バインダー用溶剤とを混合状態に含有する塗液をアルミニウム箔上に塗工して、前記アルミニウム箔上に塗工層を形成する塗工工程と、
前記塗工層に含まれた前記溶剤を除去して、前記アルミニウム箔上に炭素繊維層が形成された塗工箔を得る溶剤除去工程と、
前記塗工箔をロール状に巻いてロール体を得るロール工程と、
前記ロール体の前記炭素繊維層に含まれた前記バインダーを除去するバインダー除去工程と、
前記バインダー除去工程の後で前記ロール体を押出加工する押出加工工程と、
を含み、
前記塗工工程では、前記塗工層に含まれる前記炭素繊維の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように前記塗液を前記アルミニウム箔上に塗工し、
前記バインダー除去工程では、前記ロール体を非酸化雰囲気中で加熱することにより前記バインダーを除去することを特徴とするアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項2】

前記ロール工程と前記バインダー除去工程との間に、前記ロール体の外周面をアルミニウム製外装体で覆う覆い工程を更に含み、
前記バインダー除去工程では、前記覆い工程の後で前記ロール体の前記炭素繊維層に含まれた前記バインダーを除去する請求項１記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項3】

炭素繊維とバインダーと前記バインダー用溶剤とを混合状態に含有する塗液をアルミニウム箔上に塗工して、前記アルミニウム箔上に塗工層を形成する塗工工程と、
前記塗工層に含まれた前記溶剤を除去して、前記アルミニウム箔上に炭素繊維層が形成された塗工箔を得る溶剤除去工程と、
前記塗工箔をロール状に巻いてロール体を得るロール工程と、
前記ロール体の前記炭素繊維層に含まれた前記バインダーを除去するバインダー除去工程と、
前記バインダー除去工程の後で前記ロール体を押出加工する押出加工工程と、
を含み、
前記塗工工程では、前記塗工層に含まれる前記炭素繊維の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように前記塗液を前記アルミニウム箔上に塗工し、
前記ロール工程と前記バインダー除去工程との間に、前記ロール体の外周面をアルミニウム製外装体で覆う覆い工程を更に含み、
前記バインダー除去工程では、前記覆い工程の後で前記ロール体の前記炭素繊維層に含まれた前記バインダーを除去することを特徴とするアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項4】

前記バインダー除去工程では、前記ロール体を大気中にて３５０〜６００℃の温度で１時間以上加熱することにより、前記バインダーを除去する請求項３記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項5】

前記覆い工程では、前記外装体としてのアルミニウム製外装パイプ内に前記ロール体を挿入することで、前記ロール体の前記外周面を前記外装体で覆う請求項２〜４のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項6】

前記覆い工程と前記バインダー除去工程との間、又は、前記バインダー除去工程と前記押出加工工程との間に、前記外装体の両端開口のうち少なくとも一方を閉塞する閉塞工程を更に含む請求項２〜５のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項7】

前記押出加工工程では、前記ロール体を、前記外装体の閉塞された端を押出方向の先頭にして押出加工する請求項６記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項8】

前記外装体の前記両端開口のうち前記少なくとも一方をアルミニウム製蓋体で閉塞する請求項６又は７記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項9】

前記覆い工程と前記バインダー除去工程との間に、前記外装体の一端開口だけをアルミニウム製蓋体で閉塞する閉塞工程を更に含み、
前記押出加工工程では、前記ロール体を、前記外装体の閉塞された端を押出方向の先頭にして押出加工する請求項２〜５のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項10】

前記塗液に含まれた前記炭素繊維の長さが１ｍｍ以下である請求項１〜９のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項11】

前記塗工工程では、前記アルミニウム箔の体積が前記アルミニウム箔の体積と前記塗工層に含まれる前記炭素繊維の体積との合計体積に対して５０％を超えるように、前記塗液を前記アルミニウム箔上に塗工する請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項12】

前記塗液は、前記バインダーの質量が前記炭素繊維の質量に対して０．５％〜２５％となるように前記炭素繊維と前記バインダーとを含有している請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法により得られたことを特徴とするアルミニウムと炭素繊維との複合材。

【請求項14】

アルミニウムと炭素繊維との複合材であって、
押出加工により得られ、
複合材の半径方向に交互に重なり合うようにロール状に積層された炭素繊維層とアルミニウム箔層を含み、
前記炭素繊維層内に前記アルミニウム箔層のアルミニウムが浸透しており、
前記炭素繊維層を挟んだ両側に配置された前記アルミニウム箔層同士が接合されており、
前記炭素繊維層に含まれる炭素繊維量が一層当たり４０ｇ／ｍ^２以下であり、
複合材中の炭素繊維が押出方向と略平行に配置されている、アルミニウムと炭素繊維との複合材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法、及び、アルミニウムと炭素繊維との複合材に関する。

【0002】

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、特に明示しない限り、「アルミニウム」の語は純アルミニウムとアルミニウム合金との双方を含む意味で用いられる。

【背景技術】

【0003】

アルミニウムの放熱性を向上させるとともに熱膨張率をコントロールした材料として、アルミニウムと炭素との複合材が検討されている。

【0004】

この複合材の製造方法として、融解したアルミニウムに炭素粉末を入れて撹拌混合する方法（溶湯撹拌法）、空隙を有する炭素成形体に融解したアルミニウムを押し込む方法（溶湯鍛造法）、アルミニウム粉末と炭素粉末を混合して加熱加圧焼成する方法（粉末冶金法）、アルミニウム粉末と炭素粉末を混合して押出加工する方法（粉末押出法）などが知られている。

【0005】

しかしながら、これらの方法では、溶融したアルミニウム又はアルミニウム粉末を用いるので、製造作業が煩雑であるし、製造設備が大型化していた。

【0006】

特開昭６２−６６９２９号公報（特許文献１）には、金属箔としてのアルミニウム箔上に強化材としてのＳｉＣウィスカーを吹き付け、次いでアルミニウム箔を巻き、そして巻いたアルミニウム箔を押出加工するか圧延加工することにより、アルミニウムと炭素との複合材としてのアルミニウム基複合材を製造する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６２−６６９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記公報に記載の製造方法では、アルミニウム箔上に形成されたＳｉＣウィスカーの吹付け層が厚すぎるため、吹付け層内にアルミニウムが十分に浸透することができず吹付け層に隙間ができてしまうこと、及び、吹付け層を挟んだ両側に配置されたアルミニウム箔同士があまり接合されないことが原因で、複合材の強度は低かった。

【0009】

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高い強度を有するアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法、及び、アルミニウムと炭素繊維との複合材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は以下の手段を提供する。

【0011】

［１］ 炭素繊維とバインダーと前記バインダー用溶剤とを混合状態に含有する塗液をアルミニウム箔上に塗工して、前記アルミニウム箔上に塗工層を形成する塗工工程と、
前記塗工層に含まれた前記溶剤を除去して、前記アルミニウム箔上に炭素繊維層が形成された塗工箔を得る溶剤除去工程と、
前記塗工箔をロール状に巻いてロール体を得るロール工程と、
前記ロール体の前記炭素繊維層に含まれた前記バインダーを除去するバインダー除去工程と、
前記バインダー除去工程の後で前記ロール体を押出加工する押出加工工程と、
を含み、
前記塗工工程では、前記塗工層に含まれる前記炭素繊維の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように前記塗液を前記アルミニウム箔上に塗工することを特徴とするアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0012】

［２］ 前記塗液に含まれた前記炭素繊維の長さが１ｍｍ以下である前項１記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0013】

［３］ 前記塗工工程では、前記アルミニウム箔の体積が前記アルミニウム箔の体積と前記塗工層に含まれる前記炭素繊維の体積との合計体積に対して５０％を超えるように、前記塗液を前記アルミニウム箔上に塗工する前項１又は２記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0014】

［４］ 前記塗液は、前記バインダーの質量が前記炭素繊維の質量に対して０．５％〜２５％となるように前記炭素繊維と前記バインダーとを含有している前項１〜３のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0015】

［５］ 前記ロール工程と前記バインダー除去工程との間に、前記ロール体の外周面をアルミニウム製外装体で覆う覆い工程を更に含み、
前記バインダー除去工程では、前記覆い工程の後で前記ロール体の前記炭素繊維層に含まれた前記バインダーを除去する前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0016】

［６］ 前記覆い工程では、前記外装体としてのアルミニウム製外装パイプ内に前記ロール体を挿入することで、前記ロール体の前記外周面を前記外装体で覆う前項５記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0017】

［７］ 前記覆い工程と前記バインダー除去工程との間、又は、前記バインダー除去工程と前記押出加工工程との間に、前記外装体の両端開口のうち少なくとも一方を閉塞する閉塞工程を更に含む前項５又は６記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0018】

［８］ 前記押出加工工程では、前記ロール体を、前記外装体の閉塞された端を押出方向の先頭にして押出加工する前項７記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0019】

［９］ 前記外装体の前記両端開口のうち前記少なくとも一方をアルミニウム製蓋体で閉塞する前項７又は８記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0020】

［１０］ 前記覆い工程と前記バインダー除去工程との間に、前記外装体の一端開口だけをアルミニウム製蓋体で閉塞する閉塞工程を更に含み、
前記押出加工工程では、前記ロール体を、前記外装体の閉塞された端を押出方向の先頭にして押出加工する前項５又は６記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0021】

［１１］ 前記バインダー除去工程では、前記ロール体を大気中にて３５０〜６００℃の温度で１時間以上加熱することにより、前記バインダーを除去する前項５〜１０のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法。

【0022】

［１２］ 前項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法により得られたことを特徴とするアルミニウムと炭素繊維との複合材。

【発明の効果】

【0023】

本発明は以下の効果を奏する。

【0024】

前項［１］では、アルミニウム箔上に塗液を塗工すること、箔をロール状に巻くこと、及び、押出加工をすることは、広く知られた技術であり、安価で大量製造可能な方法であるから、アルミニウムと炭素繊維との複合材を容易に且つ大量に製造することができる。

【0025】

さらに、塗液に含まれた炭素繊維の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように塗液をアルミニウム箔上に塗工することにより、押出加工工程の際に、押出圧力によって炭素繊維層内にアルミニウム箔のアルミニウムが十分に浸透するようになるとともに、炭素繊維層を挟んだ両側に配置されたアルミニウム箔同士が十分に接合されるようになる。その結果、高い強度を有するアルミニウムと炭素繊維との複合材を得ることができる。

【0026】

さらに、バインダー除去工程では、バインダーを除去することにより、バインダーの残渣による複合材の熱伝導率の低下を抑制することができる。

【0027】

さらに、複合材は炭素繊維で強化されたアルミニウム材として捉えることができ、高いヤング率を有している。したがって、複合材は曲げ強度等の硬さを要求される部材の材料としても好適に使用可能である。

【0028】

前項［２］では、塗液に含まれた炭素繊維の長さが１ｍｍ以下であることにより、塗工層の厚さ及び炭素繊維含有量の均一化を確実に図ることができる。

【0029】

前項［３］では、押出加工工程の際に、アルミニウム箔のアルミニウムを炭素繊維層内に確実に浸透させることができる。これにより、複合材の強度を確実に高めることができる。

【0030】

前項［４］では、バインダーの質量が炭素繊維の質量に対して０．５％以上であることにより、塗工工程の際に炭素繊維をアルミニウム箔に確実に付着させることができる。

【0031】

さらに、バインダーの質量が炭素繊維の質量に対して２５％以下であることにより、バインダー除去工程の際にバインダー量が多すぎてバインダーが残るのを確実に防止することができる。これにより、バインダーの残渣による複合材の熱伝導率の低下を更に確実に抑制することができる。

【0032】

前項［５］では、ロール体の外周面を外装体で覆うことにより、バインダー除去工程の際及び押出加工工程の際に炭素繊維層の炭素繊維がロール体（詳述するとロール体のアルミニウム箔）から脱落するのを抑制することができる。

【0033】

さらに、ロール体の搬送時や押出加工工程の際にロール体の外周面が破れないようにロール体の外周面を外装体で保護することができる。

【0034】

さらに、ロール体が押出加工されると、得られる複合材の最外周層にアルミニウム層が形成され、炭素繊維が複合材の最外周面に露出しない。これにより、複合材についてその最外周面に接触した接触物が炭素繊維で汚れるのを抑制できるし炭素繊維の脱落も抑制することができる。

【0035】

前項［６］では、外装体としての外装パイプ内にロール体を挿入することにより、ロール体の外周面を外装体で覆う作業を容易に行うことができるし、前項［５］の効果を確実に奏しうる。

【0036】

前項［７］では、外装体の両端開口のうち少なくとも一方を閉塞することにより、ロール体の搬送時などにおいてロール体の巻きずれを抑制することができるし、外装体内からのロール体の落下を抑制することができる。

【0037】

前記［８］では、ロール体を、外装体の閉塞された端を押出方向の先頭にして押出加工することにより、押出加工工程の際に押出方向へのロール体の巻きずれを抑制することができる。これにより、押出方向においてアルミニウムに対する炭素繊維の含有率の均一化を図ることができる。

【0038】

前項［９］では、前項［７］又は［８］の効果を確実に奏しうる。

【0039】

前項［１０］では、前項［７］〜［９］のいずれかの効果を得るには、外装体の一端開口だけを蓋体で閉塞することで十分である。

【0040】

さらに、外装体の一端開口だけが閉塞されるので、バインダー除去工程の際に外装体内で発生したバインダーの昇華ガスや分解ガスが外装体の他端開口から抜け出るようになる。そのため、バインダーを確実に除去することができる。これにより、バインダーの残渣による複合材の熱伝導率の低下を更に確実に抑制することができる。

【0041】

さらに、外装体の一端開口が蓋体で閉塞されるので、ロール体の搬送時や押出加工工程の際にロール体の巻きずれを確実に抑制することができるし、外装体内からのロール体の落下を確実に抑制することができる。

【0042】

前項［１１］では、ロール体を大気中にて３５０〜６００℃の温度で１時間以上加熱することにより、炭素繊維の酸化消耗を確実に抑制することができる。もとより、バインダーを除去するための加熱が大気中にて行われるので、バインダーの除去を容易に行うことができる。

【0043】

前項［１２］では、高い強度を有するアルミニウムと炭素繊維との複合材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る、アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造工程図である。

【図2】図２は、塗工工程から溶剤除去工程までを説明する概略図である。

【図3】図３は、ロール工程を説明する概略図である。

【図4】図４は、覆い工程を説明する概略図である。

【図5】図５は、閉塞工程を説明する概略図である。

【図6】図６は、バインダー除去工程を説明する概略図である。

【図7A】図７Ａは、押出加工工程においてロール体を押出加工装置のコンテナ内に装填した状態を示す概略図である。

【図7B】図７Ｂは、同押出加工装置を用いて同ロール体を押出加工する途中の状態を示す概略図である。

【図8】図８は、同ロール体におけるアルミニウム箔と炭素繊維層を、押出加工の前の状態と後の状態とで示す概略拡大断面図である。

【図9】図９は、炭素繊維の塗工量が多すぎる場合における、図８に対応する図である。

【図10】図１０は、同複合材を切断する途中の状態を示す概略図である。

【図11】図１１は、本発明の第２実施形態に係る、アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

【0046】

本発明の第１実施形態に係るアルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法は、図１に示すように、塗工工程Ｓ１、溶剤除去工程Ｓ２、ロール工程Ｓ３、覆い工程Ｓ４、閉塞工程Ｓ５、バインダー除去工程Ｓ６及び押出加工工程Ｓ７を含んでおり、この記載順にこれらの工程が行われる。

【0047】

塗工工程Ｓ１は、図２に示すように、炭素繊維２とバインダー３とバインダー３用溶剤４とを混合状態に含有する塗液５をアルミニウム箔１上に塗工して、アルミニウム箔１上に塗工層６を形成する工程である。

【0048】

溶剤除去工程Ｓ２は、塗工層６に含まれた溶剤４を除去して、アルミニウム箔１上に炭素繊維層７が形成された塗工箔８を得る工程である。

【0049】

ロール工程Ｓ３は、図３に示すように、塗工箔８をロール状に巻いてロール体１０を得る工程である。

【0050】

覆い工程Ｓ４は、図４及び５に示すように、ロール体１０の外周面１０ａをアルミニウム製外装体１５で覆う工程である。

【0051】

閉塞工程Ｓ５は、図５に示すように、外装体１５の長さ方向の両端開口のうち少なくとも一方を閉塞する工程である。

【0052】

バインダー除去工程Ｓ６は、図６に示すように、ロール体１０の炭素繊維層７（図２参照）に含まれたバインダー３を除去する工程である。

【0053】

押出加工工程Ｓ７は、図７Ａ及び７Ｂに示すように、ロール体１０を押出加工して複合材２０を得る工程である。

【0054】

さらに、塗工工程Ｓ１では、塗工層６に含まれる炭素繊維２の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように塗液５がアルミニウム箔１上に塗工される必要がある。

【0055】

ここで、塗工層６に含まれる炭素繊維２の塗工量とは、詳述すると、塗工層６を構成する全成分（炭素繊維２、バインダー３、溶剤４など）のうち炭素繊維２以外の成分を除外したときの塗工量であり、即ち、塗工層６に含まれる炭素繊維２だけの塗工量を意味する。

【0056】

本第１実施形態で得られる複合材２０は、炭素繊維２を含んでいることにより熱伝導率が高くなっているので放熱性が良く、更に、その線膨張係数が金属とセラミックとの中間程度になるので、パワーモジュールにおける熱応力緩衝層の材料として好適に使用可能である。

【0057】

さらに、複合材２０は、炭素繊維２で強化されたアルミニウム材として捉えることができ、高いヤング率を有している。したがって、複合材２０は曲げ強度等の硬さを要求される部材の材料としても好適に使用可能である。

【0058】

次に、各工程について以下に詳細に説明する。

【0059】

＜塗工工程Ｓ１＞
塗工工程Ｓ１で使用される塗液５は、例えば次のようにして得られる。すなわち、図２に示すように、炭素繊維２とバインダー３と溶剤４とを混合容器３１内に入れてこれらを撹拌羽根付き撹拌器（例：ミキサー）３０により撹拌混合する。これにより、炭素繊維２とバインダー３と溶剤４とを混合状態に含有した塗液５が得られる。このとき、分散剤、消泡剤、表面調整剤、粘度調整剤なども必要に応じて混合容器３１内に入れて撹拌混合しても良い。

【0060】

塗液５は、塗工装置４０によってアルミニウム箔１の片面上にその略全面に亘って層状に塗工される。本第１実施形態では、アルミニウム箔１は長尺なものであり、また塗液５が塗工されるアルミニウム箔１の片面は詳述するとアルミニウム箔１の上面である。

【0061】

塗工装置４０としては、塗液５をアルミニウム箔１上に塗工するのに広く知られた装置を用いることができ、具体的には、ロールコーター、ナイフコーター、ダイコーター、グラビアコーターなどを使用可能である。

【0062】

図２に示した塗工装置４０では、巻出しローラ４１から巻き出された長尺なアルミニウム箔１は、塗工ローラユニット４２と乾燥装置としての乾燥炉４５とを順次通過して巻取りローラ４３に巻き取られる。塗液５のアルミニウム箔１上への塗工は塗工ローラユニット４２で行われる。すなわち、巻出しローラ４１から巻き出されたアルミニウム箔１は、塗工ローラユニット４２を通過する際にその片面（その上面）上に塗液５が塗工ローラユニット４２によりその略全面に亘って塗工されて、アルミニウム箔１上にその略全面に亘って塗工層６が形成される。

【0063】

なお、塗工ローラユニット４２は、塗液用パン４２ａ、ピックアップローラ４２ｂ、アプリケーターローラ４２ｃ、バックアップローラ４２ｄなどを備えている。

【0064】

乾燥炉は、アルミニウム箔１上に形成された塗工層６を乾燥することにより塗工層６に含まれた溶剤４を除去するためのものである。

【0065】

塗液５に含有される炭素繊維２は繊維状であれば使用可能であり、具体的には例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維及びカーボンナノチューブ類（例：気相成長カーボンナノファイバー、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ）からなる群より選択される１種の炭素繊維か又は２種以上の混合炭素繊維が用いられる。

【0066】

炭素繊維２の長さは限定されるものではないが、なるべく短い方が望ましく、特に１ｍｍ以下であることが望ましい。その理由は次のとおりである。

【0067】

すなわち、炭素繊維２が長いと、ダイコーダーのような塗液５が狭い通路を通過するように構成された塗工装置４０を用いる場合に通路が目詰まりを起こし、塗工層６の厚さ及び炭素繊維含有量が不均一になる虞がある。一方、炭素繊維２の長さが１ｍｍ以下である場合には、このような不具合の発生を確実に回避することができ、これにより、アルミニウム箔１上に塗工される塗工層６の厚さ及び炭素繊維含有量の均一化を確実に図ることができる。炭素繊維２の長さの下限は限定されるものではなく、通常、炭素繊維２の繊維直径の５倍である。

【0068】

炭素繊維２の繊維直径は限定されるものではなく、例えば、炭素繊維２の平均繊維直径は０．１ｎｍ〜２０μｍである。特に、ＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維についてはチョップドファイバー又はミルドファイバーであって平均繊維直径が５〜１５μｍのものであることが望ましい。気相成長カーボンナノファイバーについては平均繊維直径が０．１ｎｍ〜２０μｍのものであることが望ましい。

【0069】

バインダー３は、炭素繊維２にアルミニウム箔１への付着力を付与し、これにより塗工層６に含まれる炭素繊維２がアルミニウム箔１上から脱落するのを防止するためのものであり、通常、樹脂からなる。

【0070】

さらに、バインダー３は、加熱すると有機物の焼結残渣又はアモルファス炭化物になり易く、これらはバインダー３の残渣として複合材２０の熱伝導率を低下させる要因となる。したがって、バインダー３は、非酸化雰囲気中にて３００〜６００℃の温度で炭化せずに昇華又は分解などにより消失するものを用いることが望ましい。このようなバインダー３として、アクリル系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂、ブチルゴム樹脂、フェノール樹脂、セルロース系樹脂などが好適に使用される。

【0071】

溶剤４は、バインダー３を溶解するものであればその種類に限定されず、溶剤４として、水、アルコール系溶剤（例：メタノール、イソプロピルアルコール）、炭化水素系溶剤などが好適に用いられる。

【0072】

さらに、塗工工程Ｓ１では、上述したように、塗工層６に含まれる炭素繊維２の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように塗液をアルミニウム箔上に塗工する必要がある。その理由については後述する。

【0073】

塗液５は、バインダー３の質量が炭素繊維２の質量に対して０．５％〜２５％となるように炭素繊維２とバインダー３とを含有していることが望ましい。バインダー３の質量が炭素繊維２の質量に対して０．５％以上であることにより、塗工工程Ｓ１において炭素繊維２をアルミニウム箔１に確実に付着させることができる。バインダー３の質量が炭素繊維２の質量に対して２５％以下であることにより、バインダー除去工程Ｓ６においてバインダー３の量が多すぎてバインダー３が炭素繊維層７内に残るのを確実に防止することができ、これにより、バインダー３の残渣による複合材２０の熱伝導率の低下を確実に抑制することができる。

【0074】

さらに、塗工工程Ｓ１では、アルミニウムの体積と炭素繊維２の体積との比率として、アルミニウム箔１の体積Ｖ１がアルミニウム箔１の体積Ｖ１と塗工層６に含まれる炭素繊維２の体積Ｖ２との合計体積Ｖ１＋Ｖ２に対して５０％を超えるように、塗液５をアルミニウム箔１上に塗工するのが望ましい。すなわち、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＞０．５の式を満足するように塗液５をアルミニウム箔１上に塗工するのが望ましい。こうすることにより、押出加工工程Ｓ７において、アルミニウム箔１のアルミニウムを炭素繊維層７内に確実に浸透させることができて、複合材２０の強度（機械的強度等）を確実に高めることができる。

【0075】

ここで、複合材２０が例えばパワーモジュールにおける熱応力緩衝層の材料として用いられる場合には、複合材２０の線膨張係数が、パワーモジュールのセラミック層（電気絶縁層）の線膨張係数とパワーモジュールの配線層の線膨張係数との中間値か、セラミック層の線膨張係数とパワーモジュールの冷却部材の線膨張係数との中間値かになるように、アルミニウムの体積と炭素繊維２の体積との比率を設定することが望ましい。特に、複合材２０の線膨張係数を、電気絶縁層の材料としてよく使用されるセラミック（窒化アルミ、アルミナ、炭化ケイ素等）の線膨張係数（例：約３〜５×１０^−６／Ｋ）と冷却部材（又は配線層）の材料としてよく使用されるアルミニウムの線膨張係数（約２３×１０^−６／Ｋ）との中間値にするには、アルミニウム箔１の体積Ｖ１を上記合計体積Ｖ１＋Ｖ２に対して５０％を超え９０％以下に設定することが望ましい。

【0076】

複合材２０の熱伝導率を、炭素繊維２を含んでいない通常のアルミニウム材（その熱伝導率２２５Ｗ／（ｍ・Ｋ））と差別化するには、アルミニウム箔１の体積Ｖ１を上記合計体積Ｖ１＋Ｖ２に対して９０％以下に設定することが特に望ましい。

【0077】

アルミニウム箔１は、塗工に耐えうるものであればその材質に限定されるものではなく、Ａ１０００系、Ａ３０００系、Ａ６０００系などの様々な材質のアルミニウムで形成されたアルミニウム箔を使用可能である。また、アルミニウム箔１の材質によってアルミニウム箔１の熱伝導率が異なることから、複合材２０の熱伝導率が所望する設定値になるようにアルミニウム箔１の材質を選択することも可能である。

【0078】

さらに、アルミニウム箔１の厚さは限定されるものではなく、複合材２０の物性（熱伝導率、線膨張係数など）が所望する設定値になるようにアルミニウム箔１の厚さを選択可能である。

【0079】

ここで、市販されているアルミニウム箔１の最薄の厚さは６μｍであることから、アルミニウム箔１の厚さの下限は６μｍであることがアルミニウム箔１を容易に入手可能である点で望ましい。一方、アルミニウム箔１の厚さの上限については、塗工層６に含まれる炭素繊維２の塗工量の上限（４０ｇ／ｍ^２）が決まっていることから、アルミニウム箔１のアルミニウムの体積と炭素繊維２の体積との比率、アルミニウム箔１上への炭素繊維２の塗工量などに基づいてアルミニウム箔１の厚さの上限を算出することができる。例えばアルミニウム箔１の厚さの上限は約１００μｍであり、通常は１５〜５０μｍである。

【0080】

＜溶剤除去工程Ｓ２＞
溶剤除去工程Ｓ２は、塗工装置４０の乾燥炉４５により行われる。すなわち、塗工ローラユニット４２により塗工層６が形成されたアルミニウム箔１は、乾燥炉４５を通過する際に塗工層６に含まれる溶剤４が乾燥炉４５により蒸発除去される。その結果、塗工層６から溶剤４が除去されてなる炭素繊維層７がアルミニウム箔１上に形成された塗工箔８が得られる。そして、この塗工箔８は巻取りローラ４３に巻き取られる。

【0081】

乾燥炉４５による溶剤４の除去条件は、塗工層６に含まれた溶剤４を塗工層６から蒸発除去可能な条件であれば限定されるものではなく、例えば、乾燥温度６０〜１５０℃及び乾燥時間５〜６０ｍｉｎの乾燥条件を溶剤４の除去条件として適用可能である。

【0082】

さらに、本第１実施形態では、溶剤４を除去した後では炭素繊維層７内に大きな隙間が生じていることもあるので、押圧ローラ（図示せず）で炭素繊維層７を押圧して炭素繊維層７のかさ密度を調整することも可能である。

【0083】

＜ロール工程Ｓ３＞
ロール工程Ｓ３では、図３に示すように、ロール体１０は、巻取りローラ４３に巻き取られた塗工箔８をアルミニウム製巻き芯１１にロール状に巻き直すことにより、得られる。

【0084】

塗工箔８の巻き動作は、ロール体１０が所望する直径に到達したとき終了される。すなわち、塗工箔８の巻き数は、所望するロール体１０の直径に応じて設定される。ロール体１０の所望する直径は、限定されるものではなく、例えば、ロール体１０の外周面１０ａが外装体１５で覆われた状態のもとで押出加工工程Ｓ７で用いられる押出加工装置５０のコンテナ５１内に装填可能なビレット直径（通常は７０〜５１０ｍｍ）に対応して設定される。

【0085】

このロール工程Ｓ３では、塗工箔８は巻き芯１１に巻かれるので、塗工箔８を容易に且つ確実にロール状に巻くことができる。

【0086】

巻き芯１１の材質は、アルミニウム箔１と同じ材質であっても良いし異なる材質であっても良い。巻き芯１１の直径は限定されるものではないが、なるべく小さい方が望ましく、例えば５〜８ｍｍである。

【0087】

＜覆い工程Ｓ４＞
覆い工程Ｓ４では、図４及び５に示すように、ロール体１０の外周面１０ａがアルミニウム製外装体１５で覆われる。

【0088】

本第１実施形態では、外装体１５の形状はパイプ状であり、すなわち外装体１５としてアルミニウム製外装パイプ１６が用いられている。外装パイプ１６の長さ方向の両端はそれぞれ開口している。そして、ロール体１０の軸方向が外装パイプ１６の長さ方向と平行になるようにロール体１０を外装パイプ１６内に外装パイプ１６の端開口１６ｂから挿入配置し、これによりロール体１０の外周面１０ａの略全面が外装パイプ１６（外装体１５）で覆われる。この覆い状態において、ロール体１０の外周面１０ａの略全体が外装パイプ１６の内周面に密着していることが望ましい。

【0089】

ここで本第１実施形態では、外装体１５として外装パイプ１６が用いられているが、本発明では、その他に例えば、図示していないが、塗工が施されていないアルミニウム箔を外装体１５として用いても良い。この場合、外装体１５は、塗工層６や炭素繊維層７が形成されていないアルミニウム箔をロール体１０の外周面１０ａにロール体１０の外周面１０ａを覆う状態に１回又は複数回巻くことにより、形成される。

【0090】

この覆い工程Ｓ４では、ロール体１０の外周面１０ａを外装体１５で覆うことにより、バインダー除去工程Ｓ６の際及び押出加工工程Ｓ７の際に炭素繊維層７の炭素繊維２がロール体１０（詳述するとロール体１０のアルミニウム箔１）から脱落するのを外装体１５によって抑制することができる。

【0091】

さらに、ロール体１０の搬送時や押出加工工程Ｓ７の際にロール体１０の外周面１０ａが破れないようにロール体１０の外周面１０ａを外装体１５で保護することができる。さらに、後述するようにロール体１０が押出加工されると、得られる複合材２０の最外周層にアルミニウム層が形成され、炭素繊維２が複合材２０の最外周面に露出しない。これにより、複合材２０についてその最外周面に接触した接触物が炭素繊維２で汚れるのを抑制できるし、炭素繊維２の脱落も抑制することができる。

【0092】

特に、本第１実施形態では、外装体１５として外装パイプ１６が用いられているので、ロール体１０の外周面１０ａを外装体１５で覆う作業を、ロール体１０の外装パイプ１６内への挿入により行うことができる。これにより、特別な治具を用いなくてもロール体１０の不慮の巻き解きを防止することができ、もって、当該覆い作業を容易に行うことができる。さらに、上述した外装体１５による作用効果を確実に奏し得る。

【0093】

外装パイプ１６（外装体１５）の肉厚は、上述した外装パイプ１６（外装体１５）による作用効果を奏しうる強度を有する肉厚であれば限定されるものではないが、なるべく薄い方が望ましく、特に２〜１０ｍｍに設定されるのが望ましい。

【0094】

さらに本第１実施形態では、ロール体１０を外装パイプ１６内に焼き嵌めて配置することによって、ロール体１０の外周面１０ａを外装パイプ１６で覆っても良い。こうすることにより、ロール体１０が外装パイプ１６内で固定され、そのため上述した外装体１５による作用効果を確実に奏し得る。

【0095】

＜閉塞工程Ｓ５＞
閉塞工程Ｓ５では、図５に示すように外装パイプ１６（外装体１５）の長さ方向の両端開口１６ａ、１６ｂのうち少なくとも一方が閉塞される。本第１実施形態では、外装パイプ１６の一端開口１６ａだけが閉塞され、他端開口１６ｂは閉塞されない。さらに、外装パイプ１６の一端開口１６ａを閉塞する部材として円板状の蓋体１７が用いられている。

【0096】

すなわち、外装パイプ１６の一端面にその開口１６ａを閉塞するように蓋体１７が重ね合わされ、この状態で外装パイプ１６の一端に蓋体１７が両者の重合せ部にて溶接（摩擦撹拌接合を含む）やカシメ等によって固着されることにより、外装パイプ１６の一端開口１６ａが蓋体１７で閉塞される。

【0097】

この閉塞工程Ｓ５では、外装パイプ１６の両端開口１６ａ、１６ｂのうち少なくとも一方が閉塞されるので、ロール体１０の搬送時などにおいてロール体１０の巻きずれを抑制することができるし、外装パイプ１６内からのロール体１０の落下を抑制することができる。

【0098】

しかも、外装パイプ１６の両端開口１６ａ、１６ｂのうち少なくとも一方が蓋体１７で閉塞されるので、ロール体１０の搬送時などにおいてロール体１０の巻きずれを確実に抑制することができるし、ロール体１０の搬送時において外装パイプ１６内からのロール体１０の落下を確実に抑制することができる。

【0099】

＜バインダー除去工程Ｓ６＞
バインダー除去工程Ｓ６では、図６に示すように、バインダー３は、大気中又は非酸化雰囲気（例：真空、窒素ガス、アルゴンガス）中でロール体１０を加熱可能な工業用オーブン４７を加熱炉として用いてロール体１０を加熱することにより、除去される。その加熱条件は、ロール体１０を大気中（即ち約１気圧の空気中）にて３５０〜６００℃の温度で１時間以上加熱することであることが望ましい。加熱時間の望ましい上限は限定されるものではなく、通常は５時間である。

【0100】

ここで、一般的に、炭素繊維を含む複合体は、大気中で長時間高温に曝されると、炭素繊維と大気中の酸素とが反応して二酸化炭素等の炭素ガスとなり、炭素繊維が酸化消耗してしまう。

【0101】

これに対して、本第１実施形態では、ロール体１０はその外周面１０ａが外装パイプ（外装体１５）で覆われているので、外装パイプ１６の外側の酸素が外装パイプ１６の内側に入りにくくなっている。そのため、外装パイプ１６の内側に存在していた酸素がロール体１０に含まれる炭素繊維２及びバインダー３と反応して消滅すると、その後は外装パイプ１６の内側に酸素が入りにくい状態に保持される。さらに、外装パイプ１６の一端開口１６ａが閉塞されているので、外装パイプ１６の密閉度が向上している。その結果、ロール体１０をオーブン４７によって大気中にて３５０〜４５０℃の温度で１時間以上加熱しても、ロール体１０に含まれる炭素繊維２は殆ど酸化消耗しないでロール体１０に含まれるバインダー３が除去される。

【0102】

さらに、外装パイプ１６の一端開口１６ａだけが閉塞されているので、外装パイプ１６内で発生したバインダー３の昇華ガスや分解ガスは外装パイプ１６の他端開口１６ｂから抜け出る。そのため、バインダー３を確実に除去することができる。これにより、バインダー３の残渣による複合材２０の熱伝導率の低下を更に確実に抑制することができる。

【0103】

さらに、炭素繊維層７からバインダー３が除去されることにより炭素繊維２はロール体１０から脱落し易くなるが、本実施形態では、ロール体１０の外表面１０ａが外装パイプ１６（外装体１５）で覆われているので、炭素繊維２の脱落を防止することができる。

【0104】

＜押出加工工程Ｓ７＞
押出加工工程Ｓ７では、ロール体１０は次のようにして押出加工される。すなわち、図７Ａに示すように、ロール体１０を、押出加工装置５０のコンテナ５１内に外装パイプ１６（外装体１５）の閉塞された一端（即ち蓋体１７）を押出方向Ｅの先頭にして充填する。この状態では、ロール体１０の軸方向は押出方向Ｅと平行になっている。そしてこの状態で、図７Ｂに示すように、押出加工装置５０のステム５２によりロール体１０を押出方向Ｅに押圧し、これによりロール体１０を押出加工装置５０の押出加工ダイス５３の押出成形孔５３ａ内に押し込んで押出加工する。その結果、押出加工品としての長尺な棒状の複合材２０が得られる。

【0105】

押出加工条件は限定されるものではなく様々に設定可能であるが、特に、コンテナ温度４５０〜６００℃、押出加工ダイス温度４５０〜５５０℃、押出速度０．１〜１００００ｍｍ／ｍｉｎに設定されるのが望ましい。

【0106】

この押出加工工程Ｓ７において、図８に示すように、押出加工前のロール体１０では、炭素繊維層７とアルミニウム箔１はロール体１０の半径方向において交互に積層状に配置されている。したがって、炭素繊維層７を挟んだ両側にそれぞれアルミニウム箔１、１が配置されている。さらに、炭素繊維層７内には溶剤４及びバインダー３の除去などにより生じた隙間７ａが存在している。

【0107】

ここで、塗工工程Ｓ１において、塗工層６に含まれる炭素繊維２の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように塗液５がアルミニウム箔１上に塗工されている場合には、ロール体１０を押出加工すると、同図に示すように、その押出圧力によって炭素繊維層７内の隙間７ａの略全部に各アルミニウム箔１のアルミニウムが十分に浸透するとともに両アルミニウム箔１、１同士が十分に接合される。その結果、複合材２０の強度（機械的強度等）が高くなる。

【0108】

一方、もし塗工層６に含まれる炭素繊維２の塗工量が４０ｇ／ｍ^２を超えるように塗液５がアルミニウム箔１上に塗工されている場合には、図１０に示すように、炭素繊維層７が厚すぎるためにロール体１０を押出加工しても、その押出圧力によって炭素繊維層７内の隙間７ａに各アルミニウム箔１のアルミニウムが十分に浸透しないで隙間７ａが残存するし、更に、両アルミニウム箔１、１同士が十分に接合されない。その結果、複合材２０の強度が弱くなる。

【0109】

したがって、高い強度を有する複合材２０を得るためには、塗工工程Ｓ１において、塗工層６に含まれた炭素繊維２の塗工量が４０ｇ／ｍ^２以下となるように塗液５をアルミニウム箔１上に塗工する必要がある。

【0110】

さらに、複合材２０の製造に要する時間を短縮化するために炭素繊維２の塗工量は３０ｇ／ｍ^２以下であることが特に望ましい。

【0111】

炭素繊維２の塗工量の下限は限定されるものではなく、アルミニウム箔１のアルミニウムの体積と炭素繊維２の体積との比率などに応じて様々に設定され、例えば１．５ｇ／ｍ^２に設定される。

【0112】

押出加工工程Ｓ７では、上述したように、ロール体１０の外周面１０ａが外装パイプ１６（外装体１５）で覆われているので、複合材２０の最外周層にはアルミニウム層が形成され、炭素繊維２が複合材の最外周面に露出しない。これにより、複合材２０についてその最外周面に接触した接触物が炭素繊維２で汚れるのを抑制できるし、炭素繊維２の脱落も抑制することができる。

【0113】

さらに、ロール体１０を、外装パイプ１６の閉塞された一端を押出方向Ｅの先頭にして押出加工することにより、押出加工工程Ｓ７の際に押出方向Ｅへのロール体１０の巻きずれを抑制することができる。これにより、押出方向Ｅにおいてアルミニウムに対する炭素繊維２の含有量の均一化を図ることができる。

【0114】

しかも、外装パイプ１６の一端開口１６ａが蓋体１７で閉塞されているので、押出加工工程Ｓ７の際に押出方向Ｅへのロール体１０の巻きずれを確実に抑制することができる。これにより、押出方向Ｅにおいてアルミニウムに対する炭素繊維２の含有量の均一化を更に確実に図ることができる。

【0115】

蓋体１７の肉厚は、上述した蓋体１７による作用効果を奏しうる強度を有する肉厚であれば限定されるものではないが、外装パイプ１６（外装体１５）の肉厚に対して等しいか又は厚く設定されることが力の分散上望ましい。

【0116】

押出加工工程Ｓ７により得られた複合材２０は、図１０に示すように、所望する用途に応じて所定の大きさや形状に切断刃４８などにより切断される。ここで、ロール体１０中の炭素繊維２は押出加工によって押出方向Ｅと略平行に再配置され、これにより複合材２０中の炭素繊維２が押出方向Ｅに配向している。そのため、複合材２０の熱伝導性、電気特性、強度などの特性は方向に強く依存しており、即ち、複合材２０は熱伝導性、電気特性、強度などの特性について異方的である。したがって、複合材２０を切断する際には、複合材２０を切断して得られる切断品２１の特性が所望する用途の特性に合致するような切断方向に複合材２０を切断するのが望ましい。

【0117】

図１１は、本発明の第２実施形態に係る、アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造工程図である。

【0118】

本第２実施形態の複合材の製造方法は、同図に示すように、塗工工程Ｓ１１、溶剤除去工程Ｓ１２、ロール工程Ｓ１３、覆い工程Ｓ１４、バインダー除去工程Ｓ１５、閉塞工程Ｓ１６及び押出加工工程Ｓ１７を含んでおり、この記載順にこれらの工程が行われる。すなわち、閉塞工程Ｓ１６はバインダー除去工程Ｓ１５と押出加工工程Ｓ１７との間で行われる。

【0119】

本第２実施形態の製造方法における各工程は上記第１実施形態と同じである。

【0120】

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々に変更可能であることは言うまでもない。

【実施例】

【0121】

次に本発明の具体的な実施例及び比較例について以下に説明する。ただし、本発明は以下に示した実施例に限定されるものではない。

【0122】

＜実施例１＞
実施例１では、アルミニウムと炭素繊維との複合材を次の手順で製造した。

【0123】

長さ１５０μｍ及び平均繊維直径１０μｍの炭素繊維（日本グラファイトファイバー（株）製：ＸＮ−１００）と、バインダーとして平均分子量７０万のポリエチレンオキサイド（明成化学工業（株）製：アルコックス（登録商標）Ｅ−４５）の３質量％水溶液と、溶剤としてイソプロピルアルコールと、分散剤と、表面調整剤とを撹拌混合し、これにより塗液を得た。塗液に含まれるバインダーの質量は塗液に含まれる炭素繊維の質量に対して固形分で３％であった。また、塗液の粘度は１０００ｍＰａ・ｓであった。

【0124】

厚さ２０μｍ及び幅２８０ｍｍの長尺なアルミニウム箔（その材質：１Ｎ３０）の片面上にその全面に亘って塗液をナイフコーターにより塗工して、アルミニウム箔上に塗工層を形成するとともに、塗工層を乾燥炉により乾燥して塗工層に含まれる溶剤を除去し、これにより、炭素繊維層がアルミニウム箔上に形成された塗工箔を得た。塗工層に含まれた炭素繊維の塗工量は３０ｇ／ｍ^２であった。

【0125】

次いで、塗工箔を直径５ｍｍのアルミニウム製巻き芯（その材質：１０５０）にロール状に巻いてロール体を得た。そして、外径７０ｍｍ及び肉厚３ｍｍのアルミニウム製外装パイプ（その材質：１０７０）内にロール体を挿入配置し、これによりロール体の外周面の全体を外装パイプで覆った。ロール体の外周面が外装パイプで覆われた状態では、ロール体の外周面の略全体が外装パイプの内周面に密着していた。

【0126】

その後、直径７０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの円板状のアルミニウム製蓋体（その材質：１０５０）を外装パイプの長さ方向の一端面にその開口を閉塞するように重ね合わせ、この状態で外装パイプの一端に蓋体を両者の重合せ部にて溶接により固着した。これにより、外装パイプの一端開口だけを蓋体で閉塞した。

【0127】

次いで、ロール体をオーブンによって大気中にて５００℃の温度で３時間加熱し、これによりロール体の炭素繊維層に含まれるバインダーを除去した。

【0128】

そして、加熱された状態のロール体を、押出加工装置のコンテナ内に外装パイプの閉塞された端を押出方向の先頭にして充填した。コンテナ温度と押出加工ダイス温度は共に５００℃であった。そして、ロール体を押出速度１ｍｍ／ｍｉｎで押出加工し、これにより、アルミニウムと炭素繊維との複合材を得た。

【0129】

複合材は、その全体に亘ってひび割れ等の表面欠陥が発生しておらず、成型性は非常に良好であった。また、複合材において、炭素繊維層とアルミニウム箔とは複合材の半径方向において交互に積層状に重なり合っていた。また、炭素繊維層内にはアルミニウム箔のアルミニウムが十分に浸透しており、更に、炭素繊維層を挟んだ両側に配置された両アルミニウム箔同士が十分に接合されていた。したがって、複合材は高い強度を有していた。

【0130】

複合材の押出方向（即ち複合材の長さ方向）の熱伝導率は３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、その線膨張係数は６×１０^−６／Ｋであった。複合材の押出方向に直交する方向（即ち複合材の半径方向）の熱伝導率は１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、その線膨張係数は２０×１０^−６／Ｋであった。

【0131】

＜実施例２＞
実施例２では、アルミニウムと炭素繊維との複合材を次の手順で製造した。

【0132】

長さ２００μｍ及び平均繊維直径１０μｍの炭素繊維（三菱樹脂（株）製：Ｋ２２３ＨＭ）と、バインダーとしてアクリル系樹脂と、溶剤としてプロピレングリコールエチルエーテルアセテートと、分散剤と、表面調整剤とを撹拌混合し、これにより塗液を得た。塗液に含まれるバインダーの質量は塗液に含まれる炭素繊維の質量に対して固形分で２０％であった。また、塗液の粘度は１５００ｍＰａ・ｓであった。

【0133】

厚さ２０μｍ及び幅２８０ｍｍの長尺なアルミニウム箔（その材質：１Ｎ３０）の片面上にその全面に亘って塗液をナイフコーターにより塗工して、アルミニウム箔上に塗工層を形成するとともに、塗工層を乾燥炉により乾燥して塗工層に含まれる溶剤を除去し、これにより、炭素繊維層がアルミニウム箔上に形成された塗工箔を得た。塗工層に含まれた炭素繊維の塗工量は２０ｇ／ｍ^２であった。

【0134】

次いで、塗工箔を直径５ｍｍのアルミニウム製巻き芯（その材質：１０５０）にロール状に巻いてロール体を得た。そして、外径７０ｍｍ及び肉厚３ｍｍのアルミニウム製外装パイプ（その材質：１０７０）内にロール体を挿入配置し、これによりロール体の外周面の全体を外装パイプで覆った。ロール体の外周面が外装パイプで覆われた状態では、ロール体の外周面の略全体が外装パイプの内周面に密着していた。

【0135】

その後、直径７０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの円板状のアルミニウム製蓋体（その材質：１０５０）を外装パイプの長さ方向の一端面にその開口を閉塞するように重ね合わせ、この状態で外装パイプの一端に蓋体を両者の重合せ部にてカシメにより固着した。これにより、外装パイプの一端開口だけを蓋体で閉塞した。

【0136】

次いで、ロール体をオーブンによって大気中にて５００℃の温度で３時間加熱し、これによりロール体の炭素繊維層に含まれるバインダーを除去した。

【0137】

そして、加熱された状態のロール体を、押出加工装置のコンテナ内に外装パイプの閉塞された端を押出方向の先頭にして充填した。コンテナ温度と押出加工ダイス温度は共に５００℃であった。そして、ロール体を押出速度１ｍｍ／ｍｉｎで押出加工し、これにより、アルミニウムと炭素繊維との複合材を得た。

【0138】

複合材は、その全体に亘ってひび割れ等の表面欠陥が発生しておらず、成型性は非常に良好であった。また、複合材において、炭素繊維層とアルミニウム箔とは複合材の半径方向において交互に積層状に重なり合っていた。また、炭素繊維層内にはアルミニウム箔のアルミニウムが十分に浸透しており、更に、炭素繊維層を挟んだ両側に配置された両アルミニウム箔同士が十分に接合されていた。したがって、複合材は高い強度を有していた。

【0139】

複合材の押出方向（即ち複合材の長さ方向）の熱伝導率は２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、その線膨張係数は１０×１０^−６／Ｋであった。複合材の押出方向に直交する方向（即ち複合材の半径方向）の熱伝導率は１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、その線膨張係数は２１×１０^−６／Ｋであった。

【0140】

＜実施例３＞
実施例３では、上記実施例２において外装パイプの一端開口を閉塞しなかったことを除いて、上記実施例１と同じ手順によりアルミニウムと炭素繊維との複合材を製造した。

【0141】

複合材の押出方向の先頭部にのみひび割れが発生していたが、複合材の押出方向の中間部分にはひび割れ等の表面欠陥は発生していなかった。したがって、成型性はやや良好であった。さらに、複合材の押出方向の中間部分よりも後尾側の部分は、アルミニウムの含有量が複合材の押出方向の中間部分よりも若干多かった（換言すると、炭素繊維の含有量が複合材の押出方向の中間部分よりも若干少なかった）。

【0142】

複合材の押出方向の中間部分の物性（熱伝導率、線膨張係数）は、上記実施例２と略同じであった。

【0143】

＜比較例１＞
比較例１では、上記実施例１において炭素繊維の代わりに平均粒径１８０μｍの炭素粉末（昭和電工（株）製：ショーカライザー（登録商標）−Ｓ）を用いたことを除いて、上記実施例１と同じ手順によりアルミニウムと炭素との複合材を製造することを試みた。その結果、ロール体を押出加工すると、ロール体が固まらないでアルミニウム箔が押し出された。したがって、成型性は悪かった。そのため、複合材の物性（熱伝導率、線膨張係数）を測定することができなかった。

【0144】

＜比較例２＞
比較例２では、上記実施例１において塗工層に含まれた炭素繊維の塗工量が５０ｇ／ｍ^２であったことを除いて、上記実施例１と同じ手順によりアルミニウムと炭素繊維との複合材を製造した。

【0145】

複合材には割れ部が部分的に発生していた。複合材を切断してその切断面を観察すると、複合材の内部に小さな隙間が多数発生していた。そのため、複合材から物性（熱伝導率、線膨張係数）を測定するための試験片を採取しようとしたが、隙間が多いため測定に適する試験片を採取することができなかった。

【0146】

以上の実施例１〜３及び比較例１、２の結果を表１にまとめて示す。

【0147】

【表1】

【0148】

なお、表１中の「成型性」欄において、「○」は成型性が非常に良好であったこと、「△」は成型性がやや良好であったこと、及び、「×」は成型性が悪かったことを意味している。

【0149】

また、表１中の「外装」欄において、「パイプと蓋体」とは、外装体として外装パイプを用いるとともに、外装パイプの一端開口を蓋体で閉塞したことを意味している。また、「パイプ」とは、外装体として外装パイプを用いるとともに、外装パイプの両端開口をそれぞれ閉塞しなかったことを意味している。

【産業上の利用可能性】

【0150】

本発明は、アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法、及び、アルミニウムと炭素繊維との複合材に利用可能である。

【符号の説明】

【0151】

１：アルミニウム箔
２：炭素繊維
３：バインダー
４：溶剤
５：塗液
６：塗工層
７：炭素繊維層
８：塗工箔
１０：ロール体
１５：外装体
１６：外装パイプ
１７：蓋体
２０：アルミニウムと炭素繊維との複合材
４０：塗工装置
４７：オーブン
５０：押出加工装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】