JP2019206092A - 炭素粒子塗工箔の積層方法及び箔の積層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】得られる金属−炭素粒子複合材の平面方向の物性についての不均一性や異方性を緩和し得る炭素粒子塗工箔の積層方法を提供する。【解決手段】炭素粒子塗工箔の積層方法は、炭素粒子塗工箔の幅広条材を複数の幅狭条材にスリット分割する工程と、二つの幅狭条材を裁断位置P2にて所定長さに同時に裁断する工程と、二つの幅狭条材の裁断片4a、5aを裁断位置P2から積層場所P3に、一方の裁断片4aの搬送時間が他方の裁断片5aの搬送時間よりも長くなるように搬送する工程と、を含む。搬送する工程では、両裁断片4a、5aの少なくとも一方の裁断片4aを、積層場所P3での当該一方の裁断片4aの炭素粒子塗工方向D1が積層場所P3での他方の裁断片5aの炭素粒子塗工方向D2に対して相対的に９０°回転するように裁断位置P2から積層場所P3に搬送することにより、当該一方の裁断片4aを積層場所P3にて他方の裁断片5a上に積層する。【選択図】図４

Description

本発明は、金属−炭素粒子複合材の製造などに用いられる炭素粒子塗工箔の積層方法及び箔の積層装置、並びに、炭素粒子塗工箔の積層方法を用いた金属−炭素粒子複合材の製造方法に関する。

なお、本明細書及び特許請求の範囲では、特に文中に明示する場合を除き、アルミニウムの語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、銅の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。

金属−炭素粒子複合材は一般に高熱伝導性及び低線膨張性を有している。この種の複合材の製造方法を開示した文献として、特許第５１５０９０５号公報（特許文献１）、特許第４４４１７６８号公報（特許文献２）及び特開２００６−１２３２号公報（特許文献３）などがある。

特許第５１５０９０５号公報は、シート状又はフォイル状の金属支持体上に炭素粒子としての炭素繊維を含有する皮膜が形成されたプリフォーム（炭素繊維塗工箔）を形成し、これを複数積み重ねて積層体を形成し、積層体を加熱圧接することでプリフォーム同士を一体化させることにより、金属−炭素粒子複合材としての金属基炭素繊維複合材を製造する方法を開示している。この方法では、得られる複合材において熱伝導率が高くなるのは炭素繊維が配向した一方向のみである。

特許第４４４１７６８号公報は、鱗状黒鉛粉末と所定の鱗状金属粉末との混合体を用いて焼結前駆体を形成し、焼結前駆体を加圧しながら焼結することにより、金属−炭素粒子複合材としての金属−黒鉛複合材を製造する方法を開示している。この方法では、製造時において金属粉末の取り扱い難しいし、製造コストが高いという問題がある。

特開２００６−１２３２号公報は、結晶系カーボン材層と金属層とが積層され複合化された複合体をホットプレス焼結することにより、金属−炭素粒子複合材としての高熱伝導・低熱膨張複合材を製造する方法を開示している。この方法では、複合体の焼結が難しく、そのため、接合が不十分で接合界面のずれが生じやすいと考えられる。

金属−炭素粒子複合材又はその製造方法を開示したその他の文献として、特開２０１５−２５１５８号公報（特許文献４）、特開２０１５−２１７６５５号公報（特許文献５）、特開２０１７−８８９１３号公報（特許文献６）及び国際公開第２０１７／１１０１４１号（特許文献７）がある。

上記特許第５１５０９０５号公報に開示された製造方法で得られる金属−炭素粒子複合材は、金属マトリックスからなる金属層と金属マトリックス中に炭素繊維（炭素粒子として）が分散した炭素繊維分散層（炭素粒子分散層として）とが交互に複数積層した状態に接合一体化されたものである。

ここで以下では、上述のように金属層と炭素粒子分散層（炭素繊維分散層を含む）とが交互に複数積層した状態に接合一体化された金属−炭素粒子複合材において、金属層及び炭素粒子分散層の積層方向を複合材の厚さ方向と定義し、複合材の厚さ方向に対して垂直な面及びその方向をそれぞれ複合材の平面及び平面方向と定義する。

また、金属箔上に炭素粒子が塗工された炭素粒子塗工箔の積層体において、炭素粒子塗工箔の積層方向を積層体の厚さ方向と定義し、積層体の厚さ方向に対して垂直な面及びその方向をそれぞれ積層体の平面及び平面方向と定義する。

特許第５１５０９０５号公報 特許第４４４１７６８号公報 特開２００６−１２３２号公報 特開２０１５−２５１５８号公報 特開２０１５−２１７６５５号公報 特開２０１７−８８９１３号公報 国際公開第２０１７／１１０１４１号

上記特許第５１５０９０５号公報に開示された複合材のように、炭素粒子分散層（例：：炭素繊維分散層）の炭素粒子（例：炭素繊維）が複合材の平面内で一方向に配向している場合、複合材の平面方向の物性（熱伝導率、線熱膨張率、機械的強度など）に大きな異方性が生じ、当該複合材製の製品の品質に悪影響を及ぼすことがある。

また、金属箔上に炭素粒子をグラビア塗工法などにより所定の塗工方向に塗工すると、塗工方向に対して垂直な方向に塗工ムラが発生し易い。塗工ムラが発生した状態では、炭素粒子塗工箔の炭素粒子塗工量は炭素粒子塗工方向に対して垂直な方向において不均一になっている。

塗工ムラが発生した炭素粒子塗工箔を用いて上記特許５１５０９０５号公報に開示の製造方法に従って金属−炭素粒子複合材を製造すると、複合材の平面方向の物性について均一性が損なわれる。一方、塗工ムラが発生しないように炭素粒子を金属箔上に塗工することは容易ではない。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、本発明の一つの目的は、金属箔上に炭素粒子が塗工された炭素粒子塗工箔の積層方法であって、炭素粒子塗工箔に炭素粒子の配向や塗工ムラが発生していても、得られる金属−炭素粒子複合材の平面方向の物性についての不均一性や異方性を緩和し得る炭素粒子塗工箔の積層方法を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、上述の炭素粒子複合材の積層方法に好適に用いられる箔の積層装置を提供することにある。

本発明の更にもう一つの目的は、平面方向の物性についての不均一性や異方性を緩和し得る金属−炭素粒子複合材の製造方法を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

１） 金属箔の幅広条材上に炭素粒子が所定の塗工方向に塗工された炭素粒子塗工箔の幅広条材を前記炭素粒子塗工箔の複数の幅狭条材にスリット分割する工程と、
前記複数の幅狭条材のうち少なくとも二つの幅狭条材を裁断位置にて所定長さに同時に裁断する工程と、
前記二つの幅狭条材の裁断片のうち一方を第１裁断片及び他方を第２裁断片とするとき、前記第１及び第２裁断片を前記裁断位置から積層場所に、前記裁断位置から前記積層場所への前記第１裁断片の搬送時間が前記裁断位置から前記積層場所への前記第２裁断片の搬送時間よりも長くなるように搬送する工程と、を含み、
前記搬送する工程では、前記第１及び第２裁断片の少なくとも前記第１裁断片を、前記積層場所での前記第１裁断片の炭素粒子塗工方向が前記積層場所での前記第２裁断片の炭素粒子塗工方向に対して相対的に９０°回転するように前記裁断位置から前記積層場所に搬送することにより、前記第１裁断片を前記積層場所にて前記第２裁断片上に積層する、炭素粒子塗工箔の積層方法。

２） 前記搬送する工程では、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ下り勾配を有する第１及び第２搬送ステージ上を自重により滑らせて搬送する前項１記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

３） 前記第１搬送ステージの搬送経路長さが前記第２搬送ステージの搬送経路長さよりも長い前項２記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

４） 前記第１搬送ステージの下り勾配と前記第２搬送ステージの下り勾配が、前記第１裁断片の前記搬送時間が前記第２裁断片の前記搬送時間よりも長くなるように相異している前項２又は３記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

５） 前記搬送する工程では、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ前記第１及び第２搬送ステージ上を自重により滑らせて搬送する前項２〜４のいずれかに記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

６） 前記搬送する工程では、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ第１及び第２コンベヤにより搬送する前項１記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

７） 前記第１コンベヤの搬送経路長さが前記第２コンベヤの搬送経路長さよりも長い前項６記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

８） 前記第１コンベヤの搬送速さが前記第２コンベヤの搬送速さよりも遅い前項６又は７記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

９） 前記搬送する工程では、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ前記第１及び第２コンベヤにより搬送する前項６〜８のいずれかに記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。

１０） 前項１〜９のいずれかに記載の炭素粒子塗工箔の積層方法により炭素粒子塗工箔を積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む、金属−炭素粒子複合材の製造方法。

１１） 箔の幅広条材を前記箔の複数の幅狭条材にスリット分割するスリッタと、
前記複数の幅狭条材のうち二つの幅狭条材を裁断位置にて所定長さに同時に裁断する裁断手段と、
前記二つの幅狭条材の裁断片のうち一方を第１裁断片及び他方を第２裁断片とするとき、前記第１及び第２裁断片を前記裁断位置から積層場所に、前記裁断位置から前記積層場所への前記第１裁断片の搬送時間が前記裁断位置から前記積層場所への前記第２裁断片の搬送時間よりも長くなるように搬送する搬送手段と、を含み、
前記搬送手段は、前記第１及び第２裁断片の少なくとも前記第１裁断片を、前記積層場所での前記第１裁断片の長さ方向が前記積層場所での前記第２裁断片の長さ方向に対して相対的に９０°回転するように前記裁断位置から前記積層場所に搬送することにより、前記第１裁断片を前記積層場所にて前記第２裁断片上に積層するように構成されている、箔の積層装置。

１２） 前記搬送手段は、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ自重により滑らせて搬送する、下り勾配を有する第１及び第２搬送ステージを備えている前項１１記載の箔の積層装置。

１３） 前記第１搬送ステージの搬送経路長さが前記第２搬送ステージの搬送経路長さよりも長い前項１２記載の箔の積層装置。

１４） 前記第１搬送ステージの下り勾配と前記第２搬送ステージの下り勾配が、前記第１裁断片の前記搬送時間が前記第２裁断片の前記搬送時間よりも長くなるように相異している前項１２又は１３記載の箔の積層装置。

１５） 前記第１及び第２搬送ステージは、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ自重により滑らせて搬送する前項１２〜１４のいずれかに記載の箔の積層装置。

１６） 前記搬送手段は、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ搬送する第１及び第２コンベヤを備えている前項１１記載の箔の積層装置。

１７） 前記第１コンベヤの搬送経路長さが前記第２コンベヤの搬送経路長さよりも長い前項１６記載の箔の積層装置。

１８） 前記第１コンベヤの搬送速さが前記第２コンベヤの搬送速さよりも遅い前項１６又は１７記載の箔の積層装置。

１９） 前記第１及び第２コンベヤは、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ搬送する前項１６〜１８のいずれかに記載の箔の積層装置。

２０） 前記スリッタは、金属箔の幅広条材上に炭素粒子が塗工された炭素粒子塗工箔の幅広条材を前記箔の幅広条材として、複数の幅狭条材にスリット分割するものである前項１１〜１９のいずれかに記載の箔の積層装置。

本発明は以下の効果を奏する。

前項１によれば、搬送する工程では、第１及び第２裁断片は裁断位置から積層場所に第１裁断片の搬送時間が第２裁断片の搬送時間よりも長くなるように搬送されるので、第１裁断片が積層場所に到達する時には第２裁断片は積層場所に既に到達している。そのため、第１裁断片を積層場所にて第２裁断片上に積層することができる。

さらに、搬送する工程では、第１及び第２裁断片の少なくとも第１裁断片を、積層場所での第１裁断片の炭素粒子塗工方向が積層場所での第２裁断片の炭素粒子塗工方向に対して相対的に９０°回転するように裁断位置から積層場所に搬送することにより、第１裁断片を積層場所にて第２裁断片上に積層することから、炭素粒子塗工箔の幅広条材に炭素粒子の配向や塗工ムラが発生していても、積層体の平面方向における炭素粒子の配向や塗工ムラを相殺することができる。そのため、得られる金属−炭素粒子複合材の平面方向の物性（熱伝導率、線熱膨張率、機械的強度など）についての不均一性や異方性を緩和できる。

前項２〜５では、第１及び第２裁断片をそれぞれ下り勾配を有する第１及び第２搬送ステージ上を自重により滑らせて搬送することにより、安価な搬送システムを構築できる。

前項６〜９では、第１及び第２裁断片をそれぞれ第１及び第２コンベヤにより搬送することにより、搬送速さを制御し易い。そのため、搬送効率がよい搬送システムを構築できる。

前項１０では、平面方向の物性についての不均一性や異方性が緩和された金属−炭素粒子複合材を得ることができる。

前項１１〜２０では、例えば本発明に係る炭素粒子塗工箔の積層方法に好適に用いられる箔の積層装置を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る炭素粒子塗工箔の積層方法の流れ図である。 図２は、炭素粒子塗工箔の幅広条材の製造方法を説明する概略図である。 図３は、スリット分割工程と裁断工程を説明する概略図である。 図４は、搬送工程の第１例を説明する概略図である。 図５は、搬送工程の第２例を説明する概略図である。 図６は、搬送工程の第３例を説明する概略図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る金属−炭素粒子複合材の製造方法において、積層体を焼結する工程を説明する概略図である。 図８は、同積層体を焼結して得られた金属−炭素粒子複合材の概略斜視図である。 図９は、冷却器の概略正面図である。

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。

本発明の一実施形態に係る炭素粒子塗工箔の積層方法は、金属箔上に炭素粒子が塗工された炭素粒子塗工箔を積層するものである。

詳述すると、炭素粒子塗工箔の積層方法は、図１、３及び４に示すように、炭素粒子塗工箔３の幅広条材３Ａをスリット分割位置Ｐ１にて炭素粒子塗工箔３の複数の幅狭条材４、５にスリット分割する工程Ｓ１（この工程を説明の便宜上「スリット分割工程Ｓ１」という）と、複数の幅狭条材４、５のうち二つの幅狭条材４、５を裁断位置Ｐ２にて所定長さに同時に裁断する工程Ｓ２（この工程を説明の便宜上「裁断工程Ｓ２」という）と、二つの幅狭条材４、５の裁断片４ａ、５ａを裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に搬送する工程Ｓ３（この工程を説明の便宜上「搬送工程Ｓ３」という）とを含む。なお、積層場所Ｐ３とは、裁断片４ａ、５ａが積層される場所である。

これらの工程Ｓ１〜Ｓ３は、本発明の一実施形態に係る箔の積層装置２０により行われる。そのため、積層装置２０は、炭素粒子塗工箔３の幅広条材３Ａをスリット分割位置Ｐ１にて炭素粒子塗工箔３の複数の幅狭条材４、５にスリット分割するスリッタ２１と、二つの幅狭条材４、５を裁断位置Ｐ２にて所定長さに同時に裁断する裁断手段２３と、二つ幅狭条材４、５の裁断片４ａ、５ａを裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に搬送する搬送手段２５とを具備している。以下では炭素粒子塗工箔３を単に「塗工箔３」ともいう。

本実施形態では、図３に示すように裁断工程Ｓ２での塗工箔３のスリット分割数は二つである。二つの幅狭条材４、５の幅は互いに略等しい。

塗工箔３の幅広条材３Ａとは、図２に示すように金属箔２の幅広条材２Ａ上にその長さ方向に多数の炭素粒子１が塗工されたものであり、例えば次のようにして得られる。

図２において、符号「１０」は炭素粒子１を塗工する塗工機である。

塗工機１０は、金属箔２の幅広条材２Ａ上に多数の炭素粒子１をロールｔｏロール方式で塗工するものであり、金属箔２の幅広条材２Ａを巻き出す巻出しロール１１と、塗工箔３の幅広条材３Ａを巻き取る巻取りロール１２と、塗工装置１３と、乾燥炉１８とを具備している。塗工装置１３及び乾燥炉１８は、巻出しロール１１と巻取りロール１２との間に金属箔２の幅広条材２Ａの送り方向Ｆに順次並んで設置されている。

塗工装置１３は、炭素粒子１とバインダ（図示せず）とバインダ用溶剤（図示せず）とを混合状態に含む塗工液（図示せず）を金属箔２の幅広条材２Ａ上に塗工するものである。

塗工装置１３の種類は限定されるものではなく、本実施形態では塗工装置１３としてグラビア塗工装置が用いられている。

グラビア塗工装置１３は、互いに対向して配置されたグラビアロール１４及びバックアップロール１５を備えており、更に、グラビアロール１４の周面に塗工液を供給する塗工液供給手段１６を備えている。

塗工液供給手段１６は、例えば、塗工液を収容した塗工液パン（図示せず）を備えており、グラビアロール１４の周面の周方向の一部がパン内の塗工液に接触した状態でグラビアロール１４が回転することにより、グラビアロール１４の周面にその周方向に塗工液が連続的に付着されるように構成されている。グラビアロール１４の周面に付着した余分な塗工液はドクターブレード１７により掻き取られる。パン内の塗工液中には多数の炭素粒子１がその配向方向がランダムになるように分散している。

グラビアロール１４の周面にはその全体に亘って多数のセル（凹部）が整然と配列して設けられている。セルのサイズは炭素粒子１の最長軸方向の平均長さよりも大きく設定されており、これにより、グラビアロール１４の周面に付着した塗工液中の炭素粒子１がセル内に収容されうるようになっている。

炭素粒子１の種類は限定されるものではなく、特に、炭素繊維（例：ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維）、天然黒鉛粒子（例：鱗片状黒鉛粒子）、グラフェン（例：単層グラフェン、多層グラフェン）及びカーボンナノチューブ（例：単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維）からなる群より選択される一種又は二種以上のものが炭素粒子１として好適に用いられる。その理由は、このような炭素粒子は熱伝導率が高いからである。

炭素粒子１の大きさは限定されるものではなく、通常、炭素粒子１として、炭素粒子１の最長軸方向の平均長さが０．１μｍ〜１０００μｍの範囲のものが用いられる。

金属箔２の材質は限定されるものではなく、例えばアルミニウム箔や銅箔である。

金属箔２の幅広条材２Ａの幅は限定されるものではなく、所望する金属−炭素粒子複合材の幅や長さに応じて設定されるものであり、例えば２００ｍｍ〜１５００ｍｍの範囲である。

金属箔２の幅広条材２Ａの厚さは限定されるものではなく、例えば６μｍ〜１００μｍの範囲である。

塗工液において、バインダは、金属箔２の幅広条材２Ａ上に塗工された炭素粒子１が幅広条材２Ａ上から脱落しないように炭素粒子１に幅広条材２Ａ上への結着力を付与するものであり、通常、樹脂などからなる。

バインダとして、非酸化雰囲気中にて２００℃〜４５０℃の範囲で炭化せずに昇華、分解などにより消失するものを用いることが特に望ましい。そのようなバインダとして、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂などが好適に用いられる。

塗工液において、溶剤はバインダを溶解するものであり、水、アルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系用溶剤などが好適に用いられる。

乾燥炉１８は、金属箔２の幅広条材２Ａ上の塗工液中の溶剤を乾燥除去するものである。

グラビア塗工装置１３により炭素粒子１（塗工液）が塗工される金属箔２の幅広条材２Ａの塗工予定面２ａは、金属箔２の幅広条材２Ａの厚さ方向の両側の表面のうち少なくとも一方の片側の表面である。本実施形態では、塗工予定面２ａは、金属箔２の幅広条材２Ａの厚さ方向の一方の片側の表面（図２では上表面）である。

塗工機１０により炭素粒子１を塗工する場合、巻出しロール１１から巻き出された金属箔２の幅広条材２Ａは、グラビア塗工装置１３のグラビアロール１４とバックアップロール１５との間と、乾燥炉１８とを順次通過したのち巻取りロール１２に巻き取られる。

金属箔２の幅広条材２Ａがグラビアロール１４とバックアップロール１５との間を通過する際、塗工液が金属箔２の幅広条材２Ａ上（詳述すると金属箔２の幅広条材２Ａの塗工予定面２ａ）にその幅方向の全体に亘ってグラビアロール１４により金属箔２の幅広条材２Ａの長さ方向に連続的に層状に塗工される。

次いで、金属箔２の幅広条材２Ａが乾燥炉１８を通過する際、金属箔２の幅広条材２Ａ上の塗工液が乾燥されて塗工液中の溶剤が除去される。これにより、金属箔２の幅広条材２Ａ上にその長さ方向に多数の炭素粒子１が塗工された炭素粒子塗工箔３の幅広条材３Ａが得られる。そして、塗工箔３の幅広条材３Ａが巻取りロール１２に巻き取られる。

塗工箔３の幅広条材３Ａにおいてその長さ方向が塗工機１０（詳述すると塗工機１０のグラビア塗工装置１３）による炭素粒子塗工方向Ｄである。以下では炭素粒子塗工方向Ｄを単に「塗工方向Ｄ」ともいう。

図３に示すように、スリット分割工程Ｓ１では、巻取りロール１２から略水平状に巻き出された塗工箔３の幅広条材３Ａはスリッタ２１により上述したように二つの幅狭条材４、５に分割される。

そして、裁断工程Ｓ２では、両幅狭条材４、５が平面視において塗工箔３の幅広条材３Ａの幅方向に並列した状態で所定長さに同時に一括して裁断位置Ｐ２にて裁断手段２３により裁断される。これにより、塗工箔３の二つの幅狭条材４、５の裁断片４ａ、５ａが得られる。

ここで説明の便宜上、二つの幅狭条材４、５のうち一方を第１幅狭条材４及び他方を第２幅狭条材５という。また、第１幅狭条材４の裁断片４ａを第１裁断片４ａ及び第２幅狭条材５の裁断片５ａを第２裁断片５ａという。

図３において、矢印「Ｄ」は、上述したように塗工箔３の幅広条材３Ａの塗工方向を示している。同図では、塗工方向Ｄを分かり易くするため、塗工箔３の幅広条材３Ａ、各幅狭条材４、５及び各裁断片４ａ、５ａには塗工方向Ｄを表示する細線が描かれている。その他の図面（図４〜７）でも同じである。また、矢印「Ｄ１」は第１裁断片４ａの塗工方向、矢印「Ｄ２」は第２裁断片５ａの塗工方向をそれぞれ示している。

塗工箔３の幅広条材３Ａにおいて炭素粒子１の塗工ムラは塗工方向Ｄに対して垂直な方向（即ち塗工箔３の幅広条材３Ａの幅方向）に発生する。塗工ムラが発生した状態では、塗工箔３の幅広条材３Ａ上の炭素粒子塗工量は塗工方向Ｄに対して垂直な方向において不均一になっており、肉眼では炭素粒子塗工量が多い箇所は濃く少ない箇所は淡く見える。

裁断手段２３は限定されるものではない。本実施形態では、裁断手段２３として、開閉駆動可能な上下一対の裁断刃２３ａ、２３ａを有する裁断装置が用いられている。

裁断装置は、両裁断刃２３ａ、２３ａのうち少なくとも一方の裁断刃２３ａが他方の裁断刃２３ａに向かって相対的に閉駆動することにより、両裁断刃２３ａ、２３ａ間を通過する第１及び第２幅狭条材４、５を所定長さに一括して同時に裁断するように構成されている。両裁断刃２３ａ、２３ａの配置位置が裁断位置Ｐ２に対応している。

裁断装置による第１及び第２幅狭条材４、５の裁断長さは限定されるものではない。本実施形態では、第１及び第２幅狭条材４、５は、例えば、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの長さが第１及び第２裁断片４ａ、５ａの幅と略等しくなるように裁断装置により裁断される。そのため、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの平面視形状は略正方形状である
スリッタ２１は回転刃２１ａを有するものである。回転刃２１ａは、巻取りロール１２から巻き出された塗工箔３の幅広条材３Ａの送り方向Ｍに対して相対的に裁断装置の両裁断刃２３ａ、２３ａの配置位置（即ち裁断位置Ｐ２）よりも上流側に配置されている。なお、送り方向Ｍは、塗工箔３の幅広条材３Ａの長さ方向（即ち塗工方向Ｄ）に設定されている。

そして、巻取りロール１２から巻き出された塗工箔３の幅広条材３Ａがスリッタ２１（詳述すると回転刃２１ａ）によるスリット分割位置Ｐ１と裁断装置（詳述すると両裁断刃２３ａ、２３ａ）による裁断位置Ｐ２とを順次通過するように略水平に送られることにより、上述のスリット分割工程Ｓ１と上述の裁断工程Ｓ２が連続的に行われる。

搬送工程Ｓ３では、裁断工程Ｓ２で得られた第１及び第２裁断片４ａ、５ａは、図４、５又は６に示すように、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への第１裁断片４ａの搬送時間が裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への第２裁断片５ａの搬送時間よりも長くなるように搬送手段２５により搬送される。

すなわち、第１裁断片４ａの搬送時間を「ΔＴ１」、第２裁断片５ａの搬送時間を「ΔＴ２」とするとき、第１及び第２裁断片４ａ、５は裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に「ΔＴ１＞ΔＴ２」の関係を満たすように搬送手段２５により搬送される。

本実施形態では、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への第１及び第２裁断片４ａ、５ａの搬送は同時に開始される。

ここで、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１とは、詳述すると、第１裁断片４ａを裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３まで搬送するのに要する時間を意味する。裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２についてもこれと同じ意味である。

さらに、搬送工程Ｓ３では、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの少なくとも第１裁断片４ａは、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転するように搬送手段２５により裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に搬送されることにより、積層場所Ｐ３にて第２裁断片５ａ上に積層される。

次に、図４に示した搬送工程例（この工程例を説明の便宜上「搬送工程Ｓ３の第１例」という）について以下に説明する。

搬送工程Ｓ３の第１例では、積層場所Ｐ３は裁断位置Ｐ２に対して低位置にある。搬送手段２５は、第１及び第２裁断片４ａ、５ａをそれぞれ自重により滑らせて搬送する、下り勾配を有する第１及び第２搬送ステージ２６、２７を備えている。そして、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３まで第１及び第２裁断片４ａ、５ａはそれぞれ第１及び第２搬送ステージ２６、２７上を自重により滑って搬送される。

第１裁断片４ａを搬送する第１搬送ステージ２６の搬送経路の上流端と第２裁断片５ａを搬送する第２搬送ステージ２７の上流端は、平面視において裁断位置Ｐ２にて塗工箔３の幅広条材３Ａの幅方向に並んで配置されており、詳述すると、裁断位置Ｐ２における第１裁断片４ａの直下位置と第２裁断片５ａの直下位置とにそれぞれ配置されている。

第２搬送ステージ２７の搬送経路は、平面視において裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３まで略直線状に延びている。

第１搬送ステージ２６の搬送経路は、平面視において裁断位置Ｐ２の下流側近傍から積層場所Ｐ３の上流側近傍まで第２搬送ステージ２７側とは反対側に略く字状に屈曲するとともに、積層場所Ｐ３の上流側近傍にて第２搬送ステージ２７の搬送経路と合流している。これにより、第１搬送ステージ２６の搬送経路長さが第２搬送ステージ２７の搬送経路長さよりも長くなっている。

したがって、第１及び第２裁断片４ａ、５ａは、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送される。すなわち、第１及び第２裁断片４ａ、５ａは、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、第１裁断片４ａの積層場所Ｐ３への到達時刻が第２裁断片５ａの積層場所Ｐ３への到達時刻よりも遅くなるように搬送される。

第１及び第２幅狭条材４、５が裁断手段２３により同時に裁断されると、第１及び第２裁断片４ａ、４ａはそれぞれ第１及び第２搬送ステージ２６、２７上に落下等により同時に載置される。これにより、第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１と第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２とが互いに平行な状態で第１及び第２裁断片４ａ、５ａがそれぞれ第１及び第２搬送ステージ２６、２７上を自重により裁断位置Ｐ２から同時に滑り始める。

そして、第２裁断片５ａは、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３までの搬送経路の全長さ領域に亘って第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が回転しないように第２搬送ステージ２７上を滑って積層場所Ｐ３に到達する。換言すると、第２搬送ステージ２７の搬送経路は、第２搬送ステージ２７により搬送される第２裁断片５ａについて、積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が裁断位置Ｐ２での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して回転しないように延びている。

第１裁断片４ａは、第１搬送ステージ２６の上述した搬送経路に沿って搬送されることにより、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で時計回りに９０°回転するように第１搬送ステージ２６上を滑って積層場所Ｐ３に到達する。換言すると、第１搬送ステージ２６の搬送経路は、第１搬送ステージ２６により搬送される第１裁断片４ａについて、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で時計回りに９０°回転するように屈曲している。

第１裁断片４ａが積層場所Ｐ３に到達する時には第２裁断片５ａは積層場所Ｐ３に既に到達している。そのため、第１裁断片４ａは積層場所Ｐ３にて第２裁断片５ａ上に第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転した状態に積層される。

このように、裁断工程Ｓ２と搬送工程Ｓ３を繰り返し行うことにより、第１裁断片４ａと第２裁断片５ａは、積層場所Ｐ３において、第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転するように交互に複数積層される。その結果、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの積層体（７、図７参照）が積層場所Ｐ３にて形成される。

第１及び第２裁断片４ａ、５ａの合計積層枚数は、所望する金属−炭素粒子複合材の厚さなどに対応して設定されるものであり限定されるものではなく、例えば１０〜１０，０００枚の範囲である。

次に、図５に示した搬送工程例（この工程例を説明の便宜上「搬送工程Ｓ３の第２例」という）について、図４に示した上記第１例との相異点を中心に以下に説明する。なお図５には、上記第１例の要素と同じ作用を奏する要素には、上記第１例の要素に付された符号と同じ符号が付されている。

第２搬送ステージ２７の搬送経路は、上記第１例と同じく、平面視において裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３まで略直線状に延びている。

第１搬送ステージ２６の搬送経路は、平面視において裁断位置Ｐ２の下流側近傍から積層場所Ｐ３まで第２搬送ステージ２７側とは反対側に略半円弧状に屈曲するとともに、積層場所Ｐ３にて第２搬送ステージ２７の搬送経路と合流している。これにより、第１搬送ステージ２６の搬送経路長さが第２搬送ステージ２７の搬送経路長さよりも長くなっている。

第２搬送ステージ２７上を裁断位置Ｐ２から滑り始めた第２裁断片５ａは、上記第１例と同じく、第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が回転しないように第２搬送ステージ２７上を滑って積層場所Ｐ３に到達する。

第１搬送ステージ２６上を裁断位置Ｐ２から滑り始めた第１裁断片４ａは、第１搬送ステージ２６の上述した搬送経路に沿って搬送されることにより、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの子塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で反時計回りに９０°回転するように第１搬送ステージ２６上を滑って積層場所Ｐ３に到達する。換言すると、第１搬送ステージ２６の搬送経路は、第１搬送ステージ２６により搬送される第１裁断片４ａについて、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で反時計回りに９０°回転するように屈曲している。

第１裁断片４ａが積層場所Ｐ３に到達する時には第２裁断片５ａは積層場所Ｐ３に既に到達している。そのため、第１裁断片４ａは積層場所Ｐ３にて第２裁断片５ａ上に第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転した状態に積層される。

このように、裁断工程Ｓ２と搬送工程Ｓ３を繰り返し行うことにより、第１裁断片４ａと第２裁断片５ａは、積層場所Ｐ３において、第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転するように交互に複数積層される。その結果、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの積層体（７、図７参照）が積層場所Ｐ３にて形成される。

次に、図６に示した搬送工程例（この工程例を説明の便宜上「搬送工程Ｓ３の第３例」という）について、図４に示した上記第１例との相異点を中心に以下に説明する。なお図６には、上記第１例の要素と同じ作用を奏する要素には、上記第１例の要素に付された符号と同じ符号が付されている。

第２搬送ステージ２７の搬送経路は、図６に示すように、平面視において裁断位置Ｐ２の下流側近傍から積層場所Ｐ３まで第１搬送ステージ２６側とは反対側に略円弧状に屈曲している。

第１搬送ステージ２６の搬送経路は、平面視において裁断位置Ｐ２の下流側近傍から積層場所Ｐ３まで第２搬送ステージ２７側とは反対側に第２搬送ステージ２７よりも大きく略円弧状に屈曲するとともに、積層場所Ｐ３にて第２搬送ステージ２７の搬送経路と合流している。これにより、第１搬送ステージ２６の搬送経路長さが第２搬送ステージ２７の搬送経路長さよりも長くなっている。

第２搬送ステージ２７上を裁断位置Ｐ２から滑り始めた第２裁断片５ａは、第２搬送ステージ２７の上述した搬送経路に沿って搬送されることにより、積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が裁断位置Ｐ２での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して平面視で時計回りに４５°回転するように第２搬送ステージ２７上を滑って積層場所Ｐ３に到達する。換言すると、第２搬送ステージ２７の搬送経路は、第２搬送ステージ２７により搬送される第２裁断片５ａについて、積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が裁断位置Ｐ２での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して平面視で時計回りに４５°回転するように屈曲している。

第１搬送ステージ２６上を裁断位置Ｐ２から滑り始めた第１裁断片４ａは、第１搬送ステージ２６の上述した搬送経路に沿って搬送されることにより、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で反時計回りに４５°回転するように第１搬送ステージ２６上を滑って積層場所Ｐ３に到達する。換言すると、第１搬送ステージ２６の搬送経路は、第１搬送ステージ２６により搬送される第１裁断片４ａについて、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で反時計回りに４５°回転するように屈曲している。

第１裁断片４ａが積層場所Ｐ３に到達する時には第２裁断片５ａは積層場所Ｐ３に既に到達している。そのため、第１裁断片４ａは積層場所Ｐ３にて第２裁断片５ａ上に第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転した状態に積層される。

このように、裁断工程Ｓ２と搬送工程Ｓ３を繰り返し行うことにより、第１裁断片４ａと第２裁断片５ａは、積層場所Ｐ３において、第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転するように交互に複数積層される。その結果、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの積層体（７、図７参照）が積層場所Ｐ３にて形成される。

図４〜６に示した上述の搬送工程Ｓ３の第１〜第３例では、第１搬送ステージ２６の搬送経路長さが第２搬送ステージ２７の搬送経路長さよりも長いことにより、第１及び第２裁断片４ａ、５ａは、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送される。

さらに本発明では、その他に例えば、第１搬送ステージ２６の下り勾配と第２搬送ステージ２７の下り勾配とが相異することにより、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように第１及び第２裁断片４ａ、５ａが搬送されても良い。この場合について一例を具体的に示すと次のとおりである。

第１搬送ステージ２６は、平面視において裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３まで略直線状に延びるとともに、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３までの第１搬送ステージ２６の下り勾配が一定であり、すなわち裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３までの第１搬送ステージ２６の搬送経路が側面視で直線状である。

第２搬送ステージ２７は、平面視において裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３まで略直線状に延びるとともに、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３までの第２搬送ステージ２７の下り勾配がサイクロイド曲線（最速降下曲線）に従って変化しており、すなわち裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３までの第２搬送ステージ２７の搬送経路が側面視でサイクロイド曲線状に屈曲している。

このように、本発明では第１搬送ステージ２６の下り勾配と第２搬送ステージ２７の下り勾配とが相異していても良い。

さらに本発明では、その他に例えば、第１搬送ステージ２６の搬送経路長さが第２搬送ステージ２７の搬送経路長さよりも長く且つ第１搬送ステージ２６の下り勾配と第２搬送ステージ２７の下り勾配とが相異することにより、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように第１及び第２裁断片４ａ、５ａが搬送されても良い。

上述した搬送工程Ｓ３の第１〜第３例によれば、第１及び第２裁断片４ａ、５ａがそれぞれ第１及び第２搬送ステージ２６、２７上を自重により滑って搬送されるので、安価な搬送システムを構築できる。

上述した搬送工程Ｓ３の第１〜第３例では、搬送手段２５として第１及び第２搬送ステージ２６、２７が用いられているが、本発明では、その他に例えば、搬送手段２５として第１及び第２コンベヤ２８、２９が用いられても良い。各コンベヤとしては例えばベルトコンベヤが用いられる。

搬送手段２５として第１及び第２コンベヤ２８、２９が用いられる場合における幾つかの例について図４〜６を参照して説明すると、次のとおりである。

一つ目の例（この例を説明の便宜上「搬送工程Ｓ３の第４例」という）としては、図４〜６に示すように、第１裁断片４ａを搬送する第１コンベヤ２８の搬送経路長さが第２裁断片５ａを搬送する第２コンベヤ２９の搬送経路長さよりも長く、これにより、第１及び第２裁断片４ａ、５ａが、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送される。

図４の場合では、第２コンベヤ２９の搬送経路は、第２コンベヤ２９により搬送される第２裁断片５ａについて、積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が裁断位置Ｐ２での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して回転しないように延びている。

第１コンベヤ２８の搬送経路は、第１コンベヤ２８により搬送される第１裁断片４ａについて、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で時計回りに９０°回転するように屈曲している。

図５の場合では、第２コンベヤ２９の搬送経路は、第２コンベヤ２９により搬送される第２裁断片５ａについて、積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が裁断位置Ｐ２での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して回転しないように延びている。

第１コンベヤ２８の搬送経路は、第１コンベヤ２８により搬送される第１裁断片４ａについて、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で反時計回りに９０°回転するように屈曲している。

図６の場合では、第２コンベヤ２９の搬送経路は、第２コンベヤ２９により搬送される第２裁断片５ａについて、積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２が裁断位置Ｐ２での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して平面視で時計回りに４５°回転するように屈曲している。

第１コンベヤ２８の搬送経路は、第１コンベヤ２８により搬送される第１裁断片４ａについて、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が裁断位置Ｐ２での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１に対して平面視で反時計回りに４５°回転するように屈曲している。

この第４例では、第１コンベヤ２８の搬送速さと第２コンベヤ２９の搬送速さは等しくても良いし相異していても良い。相異している場合、第１コンベヤ２８の搬送速さは第２コンベヤ２９の搬送速さよりも遅い方が望ましい。その理由は、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように第１及び第２裁断片４ａ、５ａを確実に搬送できるからである。

二つ目の例（この例を説明の便宜上「搬送工程Ｓ３の第５例」という）としては、第１コンベヤ２８の搬送速さが第２コンベヤ２９の搬送速さよりも遅く、これにより、第１及び第２裁断片４ａ、５ａが、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送される。

この第５例では、第１コンベヤ２８の搬送経路長さと第２コンベヤ２９の搬送経路長さは等しくても良いし相異していても良い。相異している場合、第１コンベヤ２８の搬送経路長さは第２コンベヤ２９の搬送経路長さよりも長い方が望ましい。その理由は、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように第１及び第２裁断片４ａ、５ａを確実に搬送できるからである。

上述した搬送工程Ｓ３の第４及び第５例では、積層場所Ｐ３は裁断位置Ｐ２に対して低位置にあっても良いし高位置にあっても良いし等高位置にあっても良い。

上述した搬送工程Ｓ３の第４及び第５例によれば、第１及び第２裁断片４ａ、５ａがそれぞれ第１及び第２コンベヤ２８、２９により搬送されるので、搬送速さを制御し易い。そのため、搬送効率がよい搬送システムを構築できる。

さらに本発明では、上述の第４例と第５例とを組み合わすことにより、第１及び第２裁断片４ａ、５ａが裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に、第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送されても良い。

さらに本発明では、搬送手段２５は、第１及び第２搬送ステージ２６、２７と第１及び第２コンベヤ２８、２９とを備えていてもよい。

この場合には、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への搬送途中位置まで第１及び第２裁断片４ａ、５ａをそれぞれ第１及び第２搬送ステージ２６、２７上を自重により滑らせて搬送し、搬送途中位置から積層場所Ｐ３まで第１及び第２裁断片４ａ、５ａをそれぞれ第１及び第２コンベヤ２８、２９により搬送し、これにより、第１及び第２裁断片４ａ、５ａが裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送される。

あるいは、裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３への搬送途中位置まで第１及び第２裁断片４ａ、５ａをそれぞれ第１及び第２コンベヤ２８、２９により搬送し、搬送途中位置から積層場所Ｐ３まで第１及び第２裁断片４ａ、５ａをそれぞれ第１及び第２搬送ステージ２６、２７上を自重により滑らせて搬送し、これにより、第１及び第２裁断片４ａ、５ａが裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送される。

次に、上述した積層体を用いた、本発明の一実施形態に係る金属−炭素粒子複合材の製造方法について以下に説明する。

積層場所Ｐ３にて積層されて形成された積層体７を積層場所Ｐ３から取り出す。そして、図７に示すように積層体７を焼結装置３０により焼結する。この工程を説明の便宜上、金属−炭素粒子複合材の製造方法における「焼結工程」という。

焼結装置３０としては加圧加熱焼結装置などが用いられ、特に、ホットプレス装置（例：真空ホットプレス装置）、放電プラズマ焼結装置などが好適に用いられる。

焼結工程では、積層体７を焼結装置３０の焼結室３１内に配置し、所定の焼結雰囲気中にて積層体７をその厚さ方向（即ち、積層体７における第１及び第２裁断片４ａ、５ａの積層方向）に加圧しながら加熱することにより、積層体７を焼結する。これにより、図８に示すように所望する金属−炭素粒子複合材９が得られる。複合材９では、積層体７を構成していた複数の第１及び第２裁断片４ａ、５ａは焼結一体化されている。

積層体７中のバインダは、焼結工程における積層体７を約室温から焼結温度まで加熱する途中で昇華、分解などにより消失する。

焼結雰囲気は非酸化雰囲気であることが望ましい。非酸化雰囲気は、不活性ガス雰囲気（例：窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気）、真空などを含む。

焼結工程において積層体７が上述のように加圧加熱されることにより、各裁断片４ａ、５ａの金属箔２の金属材料の一部が各裁断片４ａ、５ａの炭素粒子１間に浸透して炭素粒子１間の空隙が略消滅する。さらに、各裁断片４ａ、５ａの金属箔２の金属材料が複合材９の金属マトリックスを形成するとともに、各裁断片４ａ、５ａの炭素粒子１は複合材９の金属マトリックス中に複合材９の平面方向に分散した状態になる。

したがって、複合材９では、金属マトリックスからなる金属層と金属マトリックス中に炭素粒子１が複合材９の平面方向に分散した炭素粒子分散層とが交互に複数積層した状態に焼結一体化（接合一体化）されている。

積層体７への加圧は、例えば、焼結装置３０に備えられた一対の押圧パンチで積層体７をその厚さ方向の両側から挟圧することにより行われる。図８中の上向き及び下向きの一対の矢印「３２」及び「３２」は、両押圧パンチによる積層体７への加圧方向を示している。

積層体７の焼結温度は、各裁断片４ａ、５ａの金属箔２の金属材料の融点温度以下に設定され、特に、金属箔２の金属材料の融点と当該融点よりも５０℃程度低い温度との間の温度に設定されることが望ましい。この場合、積層体７を確実に良好に焼結することができる。具体的には、金属箔２が例えばアルミニウム箔である場合、焼結温度は５５０〜６２０℃の範囲に設定されることが望ましい。

本実施形態には次の利点がある。

塗工箔３の幅広条材３Ａに炭素粒子１の配向や塗工ムラが発生した場合であっても、搬送工程Ｓ３において、第１及び第２裁断片４ａ、５ａの少なくとも第１裁断片４ａを、積層場所Ｐ３での第１裁断片４ａの塗工方向Ｄ１が積層場所Ｐ３での第２裁断片５ａの塗工方向Ｄ２に対して相対的に９０°回転するように裁断位置Ｐ２から積層場所Ｐ３に搬送することにより、第１裁断片４ａを積層場所Ｐ３にて第２裁断片５ａ上に積層することから、積層体７の平面方向における炭素粒子１の配向や塗工ムラを相殺することができる。そして、この状態で積層体７を焼結することにより、得られる複合材９の平面方向の物性（熱伝導率、線熱膨張率、機械的強度など）についての不均一性や異方性を緩和できる。

さらに、搬送工程Ｓ３では、第１及び第２裁断片４ａ、５ａは第１裁断片４ａの搬送時間ΔＴ１が第２裁断片５ａの搬送時間ΔＴ２よりも長くなるように搬送されるので、第１裁断片４ａが積層場所Ｐ３に到達する時には第２裁断片５ａは積層場所Ｐ３に既に到達している。そのため、第１裁断片４ａを積層場所Ｐ３にて第２裁断片５ａ上に確実に積層することができる。

本実施形態の複合材９は、上述したように複合材９の平面方向の物性についての不均一性や異方性が緩和されているので、冷熱サイクル等の温度変化に対して高い信頼性を有している。したがって、複合材９は、図９に示した冷却器４０を構成する複数の構成部材のうち少なくとも一つの構成部材の材料として好適に使用可能である。

冷却器４０は、冷却対象物としての発熱体（二点鎖線で示す）４６を冷却するものであり、複数の構成部材として、配線層４１、絶縁層４２、緩衝層４３及び放熱部材（冷却部材を含む）４４を備えている。そして、上から下へ順に配線層４１、絶縁層４２、緩衝層４３及び放熱部材４４が積層された状態でこれらが所定の接合手段（例：ろう付け）により接合一体化されることにより、冷却器４０が形成されている。

発熱体４６としては、例えば、パワーモジュールチップ等の発熱性素子（半導体素子を含む）が挙示される。発熱体がパワーモジュールチップである場合、冷却器４０はパワーモジュール用冷却器である。

配線層４１の上面からなる搭載面４１ａには発熱体４６がはんだ層（二点鎖線で示す）４７で接合搭載される。絶縁層４２は電気絶縁性を有しており、通常、セラミックからなる。緩衝層４３は、冷却器４０に発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。放熱部材４４は、発熱体４６の熱を放散することで発熱体４６を冷却するための部材であり、例えば同図に示すように複数の放熱フィン４４ａを有するヒートシンクからなる。

なお本発明では、放熱部材４４はヒートシンクであることに限定されるものではなく、その他に例えば、放熱板であっても良いし、内部に冷却液流通路が設けられた液冷式冷却部材であっても良い。

上述の冷却器４０では、詳述すると、上述した複数の構成部材４１〜４４のうち絶縁層４２を除く構成部材（即ち、配線層４１、緩衝層４３及び放熱部材４４）からなる群より選択される少なくとも一つが本実施形態の複合材９製である。したがって、冷却器４０は、冷熱サイクル等の温度変化に対して高い信頼性（例：高い接合信頼性）を有している。

ここで本発明では、複合材９は上述した冷却器４０の構成部材の材料として使用されるものに限定されるものではなく、その他に、照明機器の構成部材の材料、携帯・モバイル端末の構成部材の材料、ヒートスプレッダーの構成部材の材料、電池モジュールの構成部材の材料などとしても使用することができる。

以上で本発明の実施形態を説明したが、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で様々に変更可能である。

例えば、本発明では、スリット分割工程Ｓ１において炭素粒子塗工箔３の幅広条材３Ａを耳落とし（トリミング）しながら複数の幅狭条材４、５にスリット分割しても良い。この場合、所望する幅を有する幅狭条材４、５を確実に得ることができる。

また、上記実施形態では、上述したように、炭素粒子塗工箔３の幅広条材３Ａがスリット分割位置Ｐ１と裁断位置Ｐ２とを順次通過するように送られることにより、スリット分割工程Ｓ１と裁断工程Ｓ２が連続的に行われるが、本発明では、その他に例えば、塗工箔３の幅広条材３Ａをその長さ方向の全体に亘って複数の幅狭条材にスリット分割し、その後で二つの幅狭条材を裁断しても良い。

また、上記実施形態では、箔の積層装置２０により積層される対象箔は、炭素粒子塗工箔（詳述すると、炭素粒子塗工箔の幅狭条材の裁断片）であるが、本発明では、対象箔はそのような塗工箔であることに限定されるものではなく、その他の箔（箔の裁断片を含む）であって良い。

本発明は、金属−炭素粒子複合材の製造などに用いられる炭素粒子塗工箔の積層方法及び箔の積層装置、並びに、炭素粒子塗工箔の積層方法を用いた金属−炭素粒子複合材の製造方法に利用可能である。

１：炭素粒子
２：金属箔
２Ａ：金属箔の幅広条材
３：炭素粒子塗工箔
３Ａ：炭素粒子塗工箔の幅広条材
４：炭素粒子塗工箔の第１幅狭条材
４ａ：第１裁断片
５：炭素粒子塗工箔の第２幅狭条材
５ａ：第２裁断片
７：積層体
９：金属−炭素粒子複合材
２０：箔の積層装置
２１：スリッタ
２３：裁断手段
２３ａ：裁断刃
２５：搬送手段
２６：第１搬送ステージ
２７：第２搬送ステージ
２８：第１コンベヤ
２９：第２コンベヤ
３０：焼結装置
Ｐ１：スリット分割位置
Ｐ２：裁断位置
Ｐ３：積層場所
Ｄ：炭素粒子塗工方向

Claims (20)

1. 金属箔の幅広条材上に炭素粒子が所定の塗工方向に塗工された炭素粒子塗工箔の幅広条材を前記炭素粒子塗工箔の複数の幅狭条材にスリット分割する工程と、
   前記複数の幅狭条材のうち二つの幅狭条材を裁断位置にて所定長さに同時に裁断する工程と、
   前記二つの幅狭条材の裁断片のうち一方を第１裁断片及び他方を第２裁断片とするとき、前記第１及び第２裁断片を前記裁断位置から積層場所に、前記裁断位置から前記積層場所への前記第１裁断片の搬送時間が前記裁断位置から前記積層場所への前記第２裁断片の搬送時間よりも長くなるように搬送する工程と、を含み、
   前記搬送する工程では、前記第１及び第２裁断片の少なくとも前記第１裁断片を、前記積層場所での前記第１裁断片の炭素粒子塗工方向が前記積層場所での前記第２裁断片の炭素粒子塗工方向に対して相対的に９０°回転するように前記裁断位置から前記積層場所に搬送することにより、前記第１裁断片を前記積層場所にて前記第２裁断片上に積層する、炭素粒子塗工箔の積層方法。
2. 前記搬送する工程では、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ下り勾配を有する第１及び第２搬送ステージ上を自重により滑らせて搬送する請求項１記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
3. 前記第１搬送ステージの搬送経路長さが前記第２搬送ステージの搬送経路長さよりも長い請求項２記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
4. 前記第１搬送ステージの下り勾配と前記第２搬送ステージの下り勾配が、前記第１裁断片の前記搬送時間が前記第２裁断片の前記搬送時間よりも長くなるように相異している請求項２又は３記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
5. 前記搬送する工程では、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ前記第１及び第２搬送ステージ上を自重により滑らせて搬送する請求項２〜４のいずれかに記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
6. 前記搬送する工程では、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ第１及び第２コンベヤにより搬送する請求項１記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
7. 前記第１コンベヤの搬送経路長さが前記第２コンベヤの搬送経路長さよりも長い請求項６記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
8. 前記第１コンベヤの搬送速さが前記第２コンベヤの搬送速さよりも遅い請求項６又は７記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
9. 前記搬送する工程では、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ前記第１及び第２コンベヤにより搬送する請求項６〜８のいずれかに記載の炭素粒子塗工箔の積層方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の炭素粒子塗工箔の積層方法により炭素粒子塗工箔を積層して積層体を形成する工程と、
    前記積層体を焼結する工程とを含む、金属−炭素粒子複合材の製造方法。
11. 箔の幅広条材を前記箔の複数の幅狭条材にスリット分割するスリッタと、
    前記複数の幅狭条材のうち二つの幅狭条材を裁断位置にて所定長さに同時に裁断する裁断手段と、
    前記二つの幅狭条材の裁断片のうち一方を第１裁断片及び他方を第２裁断片とするとき、前記第１及び第２裁断片を前記裁断位置から積層場所に、前記裁断位置から前記積層場所への前記第１裁断片の搬送時間が前記裁断位置から前記積層場所への前記第２裁断片の搬送時間よりも長くなるように搬送する搬送手段と、を含み、
    前記搬送手段は、前記第１及び第２裁断片の少なくとも前記第１裁断片を、前記積層場所での前記第１裁断片の長さ方向が前記積層場所での前記第２裁断片の長さ方向に対して相対的に９０°回転するように前記裁断位置から前記積層場所に搬送することにより、前記第１裁断片を前記積層場所にて前記第２裁断片上に積層するように構成されている、箔の積層装置。
12. 前記搬送手段は、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ自重により滑らせて搬送する、下り勾配を有する第１及び第２搬送ステージを備えている請求項１１記載の箔の積層装置。
13. 前記第１搬送ステージの搬送経路長さが前記第２搬送ステージの搬送経路長さよりも長い請求項１２記載の箔の積層装置。
14. 前記第１搬送ステージの下り勾配と前記第２搬送ステージの下り勾配が、前記第１裁断片の前記搬送時間が前記第２裁断片の前記搬送時間よりも長くなるように相異している請求項１２又は１３記載の箔の積層装置。
15. 前記第１及び第２搬送ステージは、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ自重により滑らせて搬送する請求項１２〜１４のいずれかに記載の箔の積層装置。
16. 前記搬送手段は、前記第１及び第２裁断片をそれぞれ搬送する第１及び第２コンベヤを備えている請求項１１記載の箔の積層装置。
17. 前記第１コンベヤの搬送経路長さが前記第２コンベヤの搬送経路長さよりも長い請求項１６記載の箔の積層装置。
18. 前記第１コンベヤの搬送速さが前記第２コンベヤの搬送速さよりも遅い請求項１６又は１７記載の箔の積層装置。
19. 前記第１及び第２コンベヤは、前記裁断位置から前記積層場所まで前記第１及び第２裁断片をそれぞれ搬送する請求項１６〜１８のいずれかに記載の箔の積層装置。
20. 前記スリッタは、金属箔の幅広条材上に炭素粒子が塗工された炭素粒子塗工箔の幅広条材を前記箔の幅広条材として、複数の幅狭条材にスリット分割するものである請求項１１〜１９のいずれかに記載の箔の積層装置。

Images