(57)【要約】【課題】成形容器に充填された原料粉の偏析の発生、粉の移動による空隙の発生を生じにくくすることによって、局所的な異方性、密度差の発生を防止し、クラックの起きにくい充填工程を有する黒鉛材料の製造方法を提供する。【解決手段】コークスとピッチとを混練し粉砕して得られる原料粉を成形容器に充填する充填工程と、成形容器に静水圧を加え成形体を得る成形工程と、成形体を焼成し焼成体を得る焼成工程と、焼成体を黒鉛化し黒鉛材料を得る黒鉛化工程と、からなる黒鉛材料の製造方法において、充填工程は、上部に原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を一旦保持する障壁部材とを有する筒状の充填筒を、成形容器の内部に挿入し原料粉を充填する充填装置によって充填する黒鉛材料の製造方法。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスとピッチとを混練し粉砕して得られる原料粉を成形容器に充填する充填工程と、該成形容器に静水圧を加え成形体を得る成形工程と、該成形体を焼成し焼成体を得る焼成工程と、該焼成体を黒鉛化し黒鉛材料を得る黒鉛化工程と、からなる黒鉛材料の製造方法において、
該充填工程は、上部に該原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を一旦保持する障壁部材とを有する筒状の充填筒を、該成形容器の内部に挿入し原料粉を充填する充填装置によって充填することを特徴とする黒鉛材料の製造方法。
【請求項２】
前記充填装置は、さらに昇降機を有し、前記原料粉を充填しながら、該昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させることを特徴とする請求項１に記載の黒鉛材料の製造方法。
【請求項３】
前記充填装置は、さらに、前記成形容器に充填された原料粉の量を検出する検出器を有し、該検出器が検出する成形容器に充填された原料粉の量に連動して、該昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを一定に保つように上昇させることを特徴とする請求項２に記載の黒鉛材料の製造方法。
【請求項４】
前記障壁部材の上面の傾斜角は、２０~６０°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の黒鉛材料の製造方法。
【請求項５】
前記障壁部材は、複数からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の黒鉛材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
黒鉛材料は、２０００℃を超える耐熱性を有し、化学的安定性を有しているので、様々な産業で利用されている。
押出成形で製造される黒鉛材料（押出黒鉛）は、大きな材料が容易に得られることが特徴である。しかしながら押出成形で成形される大径の押出黒鉛は、成形性を良くするために、太くなるに従って使用する原料の粒子を粗くして成形されていた。このような太径の押出黒鉛は、原材料の粒子が粗いので、内部には大きな気孔が多数存在し、気孔周辺では応力集中が起きやすく十分な強度が得られにくい問題があった。このため押出成形による黒鉛材料は、太径かつ高強度のものを得られにくい特徴の素材であった。
【０００３】
一方、等方性黒鉛材は、細かな原料粉を用いＣＩＰ(Cold Isostatic Press)成形し、焼成、黒鉛化して製造される。原材料を細かく粉砕し、ＣＩＰ成形装置で等方的に加圧するので組織が細かく高強度の素材が得られることが特徴である。等方性黒鉛材は、主に成形に使用するＣＩＰ成形装置の大きさが製造できるサイズを制約する。近年、大型のＣＩＰ成形装置が製造されるようになり、押出黒鉛よりも高強度で大きな黒鉛材料が得られるようになった。このため、特に高温の不活性雰囲気で使用するホットプレス、単結晶引き上げ装置、各種高温の加熱炉、熱処理炉などの装置の高強度の内部部材などと幅広く利用できるようになった。
【０００４】
このような組織の細かな等方性黒鉛材は、高強度の素材が得られる一方、細かな原材料を用いているので原料粉の偏析が生じやすく、製造段階で割れやすいことが問題となっている。
成形容器に耐火配合物の原料粉を充填する際の偏析を解決するために、特許文献１には以下の提案がなされている。
「ＣＩＰ成形のために充填すべき耐火配合物（原料粉）のそれぞれの充填回の配合物量を順次モールド（成形容器）内に投入し充填するに当たって、中間ライナーを、モールド内に配置された芯棒に沿って上下方向に、且つ、底部ライナーと平行に移動可能に設け、この中間ライナーをモールド内の上方に位置せしめてモールド上方から投入された配合物量を受け、次いで、この中間ライナーを段階的に下げて、その段階毎に投入された配合物の所定分割量を受けることを特徴とするＣＩＰ成形における配合物充填方法。」
【０００５】
このような充填方法をとることによって、「順次、充填される耐火配合物の表面は加圧されないフリーな状態にあるので、次に充填される配合物との間の境界に境界層を形成することがなく、かつ、順次、充填される耐火配合物内に形成される偏析の程度はきわめて小さいものとなる。」ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−５８３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながらこのような方法では、成形容器内の中間モールドを、原料粉を充填後に取り出すことが困難であるので、中間モールドを成形容器内に残したままＣＩＰ成形しなければならない。
圧力を加えても原料粉のように体積収縮しない中間モールドなどの治具を成形容器内部に入れたまま成形すると、治具は収縮しないので治具の近傍では治具の表面に垂直な方向の圧力が支配的となり、等方性加圧ができず部分的な異方性を生じる原因となる。
【０００８】
さらに、中間ライナーを段階的に下げる際に共に原料粉が移動する。このとき原料粉がゴム側壁との間で摩擦力を受け縦方向に剪断歪みを受ける。充填された原料粉が剪断歪みを受けると、充填された原料粉内部に一旦ひび割れが形成されるように空隙が生じる。
また、充填容器内に芯棒を配置し、そのまま原料粉を充填するので、充填後に芯棒を抜く際に、芯棒周辺に一旦空隙が生じる。
前記のように、成形容器内で原料粉などの移動にともなって原料粉に大きな空隙が生じると、黒鉛材料のような異方性の高い原材料では、成形後に、空隙のあった箇所の周辺で周囲と異なる方向性のもととなる原料粉の配向あるいは密度バラツキが生じやすくなり、成形体あるいは焼成体のクラックの起点となる。
以上説明したように、クラックの原因となるので一旦充填された黒鉛材料の原料粉を、成形容器内部で移動させることは好ましくない。
【０００９】
また、原料粉は、粗い粉と細かい粉の充填のされ方、成分の差から、偏析が生じると、焼成または黒鉛化時の収縮のしかたに差が生じ密度差が形成され、クラックの原因となる。
【００１０】
本発明では、偏析の発生、粉の移動による空隙の発生を生じにくくすることによって、局所的な異方性、密度差の発生を防止し、クラックの起きにくい充填工程を有する黒鉛材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための本発明の黒鉛材料の製造方法は、コークスとピッチとを混練し粉砕して得られる原料粉を成形容器に充填する充填工程と、成形容器に静水圧を加え成形体を得る成形工程と、成形体を焼成し焼成体を得る焼成工程と、焼成体を黒鉛化し黒鉛材料を得る黒鉛化工程と、からなる黒鉛材料の製造方法において、
充填工程は、上部に原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を一旦保持する障壁部材とを有する筒状の充填筒を、成形容器の内部に挿入し原料粉を充填する充填装置によって充填することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
サイズの大きな黒鉛材料を得るための成形容器は大きなものが必要とされる。大きな成形容器に原料粉を空気中で落下充填すると、次の理由によって偏析が生じ易くなることが見いだされた。
（１）フィーダーのスクリューによる脈動の他、フィーダーの起動、停止による原粉粉の供給ムラが生じやすいこと。
（２）粒子径に対する空気抵抗の差から落下速度に差が生じる。つまり、原粉粉の供給ムラが生じ、原料粉が空気中を落下する過程で偏析が生じること。
【００１３】
本発明によれば、上部に原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を一旦保持する障壁部材とを有する筒状の充填筒を、成形容器の内部に挿入し原料粉を充填する充填装置によって充填している。このため、フィーダーから供給される原料粉に脈動が生じても、充填筒内部にある障壁部材で原料粉が一旦保持され、一定量蓄積されたとき保持された原料粉がまとめて落下するので、原料粉の脈動を吸収することができる。
【００１４】
また、充填筒は、成形容器の内部に挿入されるので、充填筒内部の障壁部材から成形容器に落下するまでの距離を短くすることができる。このため、充填筒から落下する原料粉の空気抵抗による落下速度の差によって発生する偏析を最小限にすることができる。
さらに、充填後に充填筒は取り出され、成形容器内に治具を残さないので、成形容器を傷めにくく、黒鉛材料に異方性が発生することを防止することができる。
原料粉は、成形容器の下から順に充填され、原料粉の供給ムの影響を受けにくいので偏析が生じにくく、充填後に原料粉に空隙を生じるような粉の移動が無く、局所的に周囲と異なる圧力がかかる箇所ができにくいので局所的な異方性を形成することがないので、成形工程、焼成工程または黒鉛化工程でのクラックを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の黒鉛材料の製造方法の製造プロセスを示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明の黒鉛材料の製造方法の実施形態１の充填装置を示す説明図である。
【図３】本発明の黒鉛材料の製造方法の実施形態２の充填装置を示す説明図である。
【図４】本発明の黒鉛材料の製造方法の実施例１で用いる充填装置を示す説明図である。
【図５】本発明の黒鉛材料の製造方法の障壁部材に原料粉が堆積し落下するまでの様子を示す説明図である。
【図６】本発明の黒鉛材料の製造方法の障壁部材の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の黒鉛材料の製造方法は、コークスとピッチとを混練し粉砕して得られる原料粉を成形容器に充填する充填工程と、成形容器に静水圧を加え成形体を得る成形工程と、成形体を焼成し焼成体を得る焼成工程と、焼成体を黒鉛化し黒鉛材料を得る黒鉛化工程と、からなる黒鉛材料の製造方法において、
充填工程は、上部に原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を一旦保持する障壁部材とを有する筒状の充填筒を、成形容器の内部に挿入し原料粉を充填する充填装置によって充填することを特徴とする。
【００１７】
次に、本発明の黒鉛材料の製造方法の詳細を説明する。
図１は、本発明の黒鉛材料の製造方法の製造プロセスを示すプロセスフロー図である。
【００１８】
本発明の製造方法の黒鉛材料の製造方法は以下の工程からなる。
（Ｓ１）コークスとピッチとを混練し粉砕して得られる原料粉を成形容器に充填する充填工程
（Ｓ２）成形容器に静水圧を加え成形体を得る成形工程
（Ｓ３）成形体を焼成し焼成体を得る焼成工程
（Ｓ４）前記焼成体を黒鉛化し黒鉛材料を得る黒鉛化工程
本発明の製造方法の黒鉛材料の製造方法は特に充填工程（Ｓ１）にその特徴があり、成形工程（Ｓ２）、焼成工程（Ｓ３）および黒鉛化工程（Ｓ４）と組み合わせることによって、局所的な異方性、局所的な密度バラツキ及び偏析を防止することができ成形工程、焼成工程または黒鉛化工程でクラックの発生を防止することができる充填工程を有する黒鉛材料の製造方法を提供することができる。
【００１９】
次に各工程について説明する。
【００２０】
＜充填工程＞
本発明のコークスとピッチとを混練し粉砕して得られる原料粉について、具体的に説明する。
【００２１】
本発明の製造方法の原料粉の得るためのコークスは、どのようなもので良く特に限定されない。原油を原材料とする石油系コークス、石炭を原材料とする石炭系コークスのいずれでも利用できる。またコークスは、生コークスであっても、生コークスをか焼したカルサインコークスであっても良い。
石炭系コークスの場合には、石炭そのものを用いても良いが、石炭から得られるタールピッチをコーキングして得られる石炭系生コークス、および石炭系生コークスをか焼して得られる石炭系カルサインコークスなどが利用できる。タールピッチを経由した石炭系コークスを用いると、異物の混入がなく高純度の黒鉛材料を得ることができる。
【００２２】
石油系コークスの場合には、原油残渣をコーキングして得られる石油系生コークスおよび石油系生コークスをか焼して得られる石油系カルサインコークスなどが利用できる。
コークスは、粉砕して使用することができる。粉砕されたコークスのメジアン径は特に限定されないが、例えば１〜４０μｍのメジアン径に粉砕されていることが好ましい。コークスのメジアン径が１μｍ以上であると、混練の際に使用するピッチの量を少なくすることができるので、得られた原料粉の揮発分を少なくすることができ、後の焼成時にクラックを発生しにくくすることができる。コークスのメジアン径が４０μｍ以下であると、得られる黒鉛材料の気孔の大きさを小さくすることができるので、気孔周辺での応力集中が起こりにくく、高強度の黒鉛材料を得ることができる。さらに好ましいメジアン径の範囲は５〜２０μｍである。コークスのメジアン径が５μｍ以上であると、混練の際に使用するピッチの量をさらに少なくすることができるので、得られた原料粉の揮発分をさらに少なくすることができ、後の焼成時にクラックを発生しにくくすることができる。コークスのメジアン径が２０μｍ以下であると、得られる黒鉛材料の気孔の大きさをさらに小さくすることができるので、気孔周辺での応力集中が起こりにくく、さらに高強度の黒鉛材料を得ることができる。
メジアン径とは、５０％体積累積径のことを示し、レーザー回折式粒度測定装置で測定することができる。
【００２３】
コークスの粉砕はどのような方法でも行うことができる。乾式粉砕、湿式粉砕のいずれでも良いが、後の乾燥が不要であるので乾式粉砕の方が利用しやすい。乾式粉砕はどのような粉砕機で粉砕しても良い。粉砕機としては、例えばハンマーミル、ピンミル、ローラーミル、ジェットミルなどが利用でき特に限定されない。
【００２４】
本発明の製造方法の原料粉の得るためのピッチは、どのようなもので良く特に限定されない。原油を原材料とする石油系ピッチ、石炭を原材料とする石炭系コークスのいずれでも利用できる。
本発明の製造方法の原料粉の得るためのピッチの軟化点は、特に限定されない。ピッチは軟化点に応じて軟ピッチ、中ピッチ、硬ピッチなどに分類されるが、いずれでも利用することができる。軟ピッチは軟化点が７０℃以下、中ピッチは軟化点が７０〜８５℃、中ピッチは軟化点が８５℃以上である。本発明の原料粉の得るためのピッチの好ましい軟化点の範囲は、６０〜１５０℃である。ピッチの軟化点が６０℃以上であると、高分子量の成分が多く含まれているので炭化収率が高いので、焼成時に分解ガスの発生が少なくクラックを発生しにくくすることができる。ピッチの軟化点が１５０℃以下であると混練工程で十分に溶融させることができ、コークス粒子の表面をピッチが覆うように混練することができる。このため、原料粉の粘結性を確保することができ、成形工程、焼成工程において強く結合し、クラックを発生しにくくすることができる。
【００２５】
本明細書において、粘結性とは、特に石炭および炭素系材料に使用される用語である。粘結性とは、軟化状態を経て炭化しうる性質のことを示し、軟化状態においては粘着性を有しているので互いに結合することができ、焼成段階では炭素化しバインダーとしての機能を有している。
【００２６】
本発明の製造方法のピッチとコークスの混練の方法は、特に限定されないが、例えば次のようにして行うことができる。
粉砕されたコークスをニーダに投入する。ニーダの温度は、投入するピッチの軟化点以上に加熱される。加熱は、コークスを投入する前にあらかじめ加熱されていても、コークスを投入した後に加熱しても良い。
次にピッチを投入する。ピッチは、軟化点以上に加熱された溶融ピッチであっても良いし、加熱されていない固形ピッチであっても良い。固形ピッチは、フレーク状ピッチ、塊状ピッチなどがある。ピッチとコークスの投入の順序は特に限定されないが、ピッチとコークスと同時であっても良いし、コークスの投入の後からピッチを投入しても良い。
ピッチを投入後、ニーダで混練すると、コークスの粉にピッチが被覆される。得られたピッチとコークスとの混練物をニーダから排出する。
【００２７】
次に前記混練物を粉砕することによって原料粉を得ることができる。前記混練物の粉砕は、乾式粉砕で行うことができる。得られる原料粉のメジアン径はコークスのメジアン径よりも大きいことが望ましい。原料粉の粒子は、コークスがピッチによって被覆され、コークスが複数個結合して構成されているので、得られる原料粉のメジアン径をコークスのメジアン径よりも大きくなるように粉砕することにより、ピッチに覆われたコークスの表面が露出することを防止し、粘結性が低下することを防ぐことができる。
【００２８】
本発明の製造方法の原料粉の好ましいメジアン径は、特に限定されないが、例えば５〜５０μｍである。原料粉のメジアン径が、５μｍ以上であると、成形体を構成する原料粉の隙間が大きいので焼成する際に発生する分解ガスが抜けやすく、クラックを発生しにくくすることができる。原料粉のメジアン径が、５０μｍ以下であると、原料粉が結合し、炭化、黒鉛化して得られる黒鉛材料の気孔を小さくすることができるので、気孔周辺で応力集中が起きにくく、高強度の黒鉛材料を得ることができる。原料粉のさらに好ましいメジアン径は、１５〜４０μｍである。原料粉のメジアン径が、１５μｍ以上であると、成形体を構成する原料粉の隙間が大きいので焼成する際に発生する分解ガスがさらに抜けやすく、さらにクラックを発生しにくくすることができる。原料粉のメジアン径が、４０μｍ以下であると、原料粉が結合し、炭化、黒鉛化して得られる黒鉛材料の気孔をさらに小さくすることができるので、気孔周辺で応力集中が起きにくく、さらに高強度の黒鉛材料を得ることができる。
【００２９】
本発明の製造方法の原料粉を得るためのコークス及びピッチの種類、コークスの粉砕、コークスを粉砕する粉砕機の種類、コークスのメジアン径、混練の方法、混練物の粉砕の方法、混練物を粉砕する粉砕機の種類、原料粉のメジアン径についてどのように組み合わせても良く、適宜組み合わせ原料粉として使用することができる。
【００３０】
本発明の製造方法の成形容器について説明する。
本発明の製造方法の成形容器は、次工程である成形工程で使用するための容器であり、原料粉を内部に充填し、液体の圧力媒体を用いたＣＩＰ成形装置で静水圧を加えることによって成形体を得ることができる。このため、成形容器は、気密性を備え、自由に変形できる柔軟性を備えた材質で構成されている。
本発明の製造方法の成形容器の材質は、樹脂材料であることが好ましく、例えばゴム、エラストマー、ポリオレフィン、ポリエステルなどが使用できる。成形容器の厚みは、圧力媒体の浸入を防ぐことができれば特に限定されない。例えば０．１〜３０ｍｍの厚みのものを使用することができる。
【００３１】
本発明の製造方法の成形容器は、蓋体を被せて密封することができる。成形容器を蓋体で覆い密閉することにより、ＣＩＰ成形装置内で内部に圧力媒体が浸入することを防止することができる。このため充填された原料粉は、圧力媒体に接触することなく成形され、成形体を構成することができる。
【００３２】
本発明の製造方法の成形容器の大きさは特に限定されないが、特にサイズの大きな黒鉛材料の製造に好適に適用できる。例えば、成形容器の高さは１０００〜３０００ｍｍ、円柱状のキャビティを有する成形容器に場合、内径は例えば５００〜２５００ｍｍ、立方体のキャビティを有する成形容器の場合、底面の直交する２つの辺のそれぞれの長さは例えば５００〜２０００ｍｍであり、底面の直交する２つの辺のそれぞれの長さは、同じであっても、異なっていても良い。成形容器は、上側に開口を有し、上から原料粉を充填することができる。
【００３３】
本発明の製造方法の成形容器は、自立が困難であれば金属、樹脂などのコンテナに挿入して使用しても良い。コンテナに挿入することにより、成形容器が重力によって変形することを防止することができ、また充填された原料粉の圧力により成形容器の下部が膨らむことを防ぐことができる。
本発明の製造方法の成形容器の密封の方法は、どのような方法でも良く特に限定されない。粘着テープで封止する方法、成形容器及び蓋体にそれぞれフランジを備え、Ｏリングで封止する方法、成形容器と蓋体とを接着する方法、成形容器と蓋体とを重ね、ゴムバンドなどの締付具で締付する方法などどのような方法でも利用することができる。
【００３４】
本発明の製造方法の充填装置について説明する。
【００３５】
原料粉は、様々な粒子径の粒子が集まって構成され、単一のピークの粒度分布を持つものではない。また、原料粉は、コークスを含有している。コークスは、配向性が高いので粉砕されると鱗片状、針状に粉砕されやすく、アスペクト比が高くなる。このような特徴を持つ原料粉を空気中で落下させると、空気抵抗の作用で、細かな粒子、アスペクト比の大きな粒子はゆっくり落下し、大きな粒子、アスペクト比の小さな粒子は、速く落下する。このような作用は、落下する高さが高くなればなるほど顕著に起きやすくなる。このため背が高い成形容器では、このような落下速度の差が起きやすい要因を持っている。
【００３６】
また、コークスとピッチとを混練し得られる原料粉は、粗い粒子と細かな粒子と比較するとバインダーとなるピッチの比率が異なり、偏析が起こると、コークスとピッチの比率にバラツキが起きやすくなる。特に細かい原料粉の粒子は、コークスの粒子が小さく比表面積が大きいので、ピッチの比率が高く、後の焼成工程で分解ガスを発生しやすい。このため、細かな原料粉の粒子の集まった領域が偏在すると、得られる黒鉛材料は、分解ガスを発生しやすい領域が偏在し、かさ密度のバラツキが起きやすくなる。また、バインダーとなるピッチの多い領域が偏在するので、焼成収縮および黒鉛化収縮にバラツキが生じ易くなる。これらのバラツキはクラックの原因となる。
【００３７】
フィーダーから成形容器に供給される原料粉は常に連続的に供給されるわけではない。原料粉の供給が途切れた場合に原料粉の落下速度の差によって偏析が起きやすくなる。また、原料粉の供給に脈動がある場合にも原料粉の落下速度の差によって偏析が起きやすくなる。
【００３８】
フィーダーから成形容器に供給される原料粉が連続的に供給されない場合は、例えば、充填の開始時に充填装置を起動する場合、充填の終了時に充填装置を停止する場合、貯蔵タンク内での原料粉のブリッジ現象、充填装置などのトラブルによってフィーダーを一時停止した場合、フィーダーの回転が遅く、原料粉の供給が脈動している場合などが挙げられる。フィーダーはスクリュー、バケットなど搬送手段によって構成されている。これらの搬送手段は、一定量の原料粉を複数回に分けて原料粉を搬送するので、原料粉の脈動が顕著になる。スクリューを用いたフィーダーの場合には、原料粉がスクリューの羽根によって運搬されるので、羽根の進行方向に対し前側と後ろ側を比較すると、前側では原料粉が多く存在し、羽根の進行方向に対し前側と後ろ側の原料粉の量の差が脈動の原因となる。
ブリッジ現象とは、原料粉の粒子同士がタンクの出口でアーチ構造を形成して閉塞し、粉体が排出口から排出されない現象を指す。
【００３９】
本発明の製造方法の充填装置は、上部に原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を一旦保持する障壁部材とを有する筒状の充填筒を、該成形容器の内部に挿入し原料粉を充填することを特徴とする。
本発明の製造方法の充填筒は、成形容器に充填される原料粉が偏析を起こさないように原料粉を混合する作用（１）と、原料粉の落下する高さを小さくする作用（２）を有する。これらの機能について順に説明する。
【００４０】
（１）原料粉を混合する作用
本発明の製造方法の充填筒は、上部に原料粉を供給するフィーダーを有し、供給された原料粉が、充填筒内部を落下する。落下した原料粉は、充填筒内部の障壁部材に一旦保持され、充填筒下部の開口から落下する。充填筒内部の障壁部材に一旦保持された原料粉の層は、先に落下した粒子は下層側、遅れて落下した粒子は上層側に堆積するように構成される。原料粉が連続的に供給されないと、粗いまたはアスペクト比の小さい原料粉の集まりやすい層と、細かいまたはアスペクト比の大きい原料粉の集まりやすい層とが形成され、障壁部材上に偏析が生じる。しかしながら障壁部材への原料粉の堆積が多くなると、それまでに堆積した原料粉と共に落下、混合されることによって障壁部材の上で形成されていた偏析が解消される。
【００４１】
（２）原料粉の落下する高さを小さくする作用
本発明の製造方法の充填筒は、成形容器の開口から内部に挿入されて充填されるので、原料粉の落下する高さを低くすることができる。
充填筒の内部の障壁部材から落下する原料粉は、フィーダーと障壁部材間の空気抵抗によって発生した偏析が障壁部材によって解消されている。障壁部材から落下した原料粉は、充填容器の内部に下側から充填される。充填筒は、成形容器の開口から内部に挿入されて充填されるので、原料粉が充填容器内部を落下する高さを低くすることができ、この間での空気抵抗による偏析の影響を小さくすることができる。
【００４２】
本発明の製造方法の充填装置は、以上説明した２つの作用によって、充填容器に充填される原料粉の偏析を小さくすることができる。
【００４３】
本発明の製造方法の充填装置は、治具等を成形容器の内部に残すことがないので取り出す必要がなく、また充填容器の下から原料粉を充填するので、充填しながら成形容器内部で原料粉を移動させることがない。このため、成形容器内部での原料粉の移動による原料粉に大きな空隙を生じさせることがない。大きな空隙を形成しないので、成形後に大きな空隙の形成された箇所で異方性バラツキまたは密度バラツキが生じることがなく、成形体あるいは焼成体のクラックを発生しにくくすることができる。
【００４４】
本発明において大きな空隙とは、原料粉の粒子の積み重なる隙間に形成される空隙ではなく、原料粉の粒子径に対し、圧倒的に大きな空隙のことを示す。このような大きな空隙としては、たとえば、充填された原料粉の内部に存在する物体を抜いたり、移動したときに形成される空隙などがある。このような空隙は、粉の圧力で潰れ原料粉粒子の配向した痕跡となる。具体的には、
（１）充填された原料粉の内部に埋められた棒を抜いた際に、棒の末端に形成される端面の形状の空隙が移動し線状の痕跡を形成する場合、
（２）充填された原料粉の内部を紐が移動し、紐の通過した後の線状の空隙が面状の痕跡が形成する場合、
（３）充填された原料粉に力が加わり変形することによって地割れのように空隙が形成された後に潰れ、地割れ状の痕跡を形成する場合、
などが挙げられる。これらの痕跡は、空隙が潰れる際に空隙を境に非連続な状態を形成しているので、原料粉の配列する方向性が連続せず、後の焼成工程、黒鉛化工程でクラックの原因となる。また、大きな空隙が十分に潰れていないと、空隙の周囲で原料粉の粗密が生じ成形工程に十分に圧力が加わらず、かさ密度バラツキの原因となる。かさ密度バラツキがあると、成形工程、焼成工程あるいは黒鉛化工程で歪みが発生しやすくなり内部応力によってクラックの原因となる。
【００４５】
本発明の製造方法の充填装置は、さらに昇降機を有し、原料粉を充填しながら、昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させることが好ましい。昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させるので、充填の開始から終了までの間、充填筒から落下する原料粉の高さを低く抑えることができ、障壁部材から落下した後に起きる偏析を抑えることができる。
【００４６】
昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させるとは、相対的な高さを意味し、昇降機は充填筒を上昇させる機能を有していても、成形容器を下降させる機能を有していても良い。
また、昇降機の成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させる速度は、原料粉の充填される速度に応じて設定することができる。例えば、昇降機が油圧シリンダーで動作する場合には、流量制御弁などによって上昇する速度を制御することができる。
昇降機は、連続的に動作しても、間欠的に動作しても良い。
【００４７】
本発明の製造方法の充填装置は、さらに、成形容器に充填された原料粉の量を検出する検出器を有し、検出器が検出する成形容器に充填された原料粉の量に連動して、昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させることが好ましい。
原料粉は、成形容器に充填されるとともに、成形容器の内での高さが徐々に高くなる。検出器及び昇降機を備えることによって、検出器から発せられる成形容器内での原料粉の高さの情報に連動し、昇降機によって成形容器内の原料粉と充填筒との距離を一定に維持することができる。このような機構によって、充填筒からの原料粉の落下する高さを小さく維持することができる。このため、充填筒から落下する原料粉を偏析が起こりにくくすることができる。
【００４８】
本発明の製造方法の検出器は特に限定されないが、ロードセル、距離計などが利用できる。検出器にロードセルを用いた場合には、充填された原料粉の質量を原料粉の動かさ密度と成形容器の底面の面積で除することによって充填された原料粉の高さを算出することができる。検出器に距離計を用いた場合には、充填された粉の高さを直接測定することができる。距離計としては、レーザ距離計、超音波距離計、マイクロ波距離計などが利用できる。昇降機が成形容器に対する充填筒までの高さを上昇させる機構は、充填筒を上昇させる機構、成形容器を下降させる機構のいずれでも良く特に限定されない。昇降機としては、充填筒には上部に原料粉を供給するフィーダーを有しているので、成形容器を下降させる機構を適用した方が全体の構成を簡単にすることができる。
【００４９】
本発明の製造方法の障壁部材について説明する。フィーダーから供給された原料粉が障壁部材上に落下し、障壁部材表面との摩擦力で一旦堆積される。原料粉がさらに落下すると、障壁部材上の堆積量が増え、堆積した原料粉の表面の傾斜角が大きくなる。原料粉の表面の傾斜角が安息角を超え、さらに障壁部材との摩擦力で原料粉を保持できなくなると原料粉は、障壁部材から一気に落下する。この際、偏析しながら堆積した原料粉が混合される。原料粉の安息角は、例えば３０〜４０°である。
【００５０】
本発明の製造方法の障壁部材の上面の傾斜角は、２０〜６０°であることが好ましい。
本発明の製造方法の障壁部材の上面の傾斜角が、２０°未満であると、原料粉の安息角より大幅に小さいので、常に障壁部材上に堆積し落下しない原料粉が多くなる。
さらに望ましい本発明の製造方法の障壁部材の上面の傾斜角は、３０°以上である。障壁部材の上面の傾斜角が、３０°以上であると、原料粉の安息角に近いので、障壁部材上に堆積した原料粉が落下する際にまとまって落下しやすくなり、常に障壁部材上に堆積し落下しない原料粉を少なくすることができる。
【００５１】
本発明の製造方法の障壁部材の上面の傾斜角が、６０°を超えると、障壁部材に原料粉が堆積しにくくなり、偏析を解消する作用が小さくなる。
さらに望ましい本発明の製造方法の障壁部材の上面の傾斜角は、５０°以下である。障壁部材の上面の傾斜角が、５０°以下であると障壁部材上に原料粉が堆積しやすくなり、偏析を解消する作用を大きくすることができる。
本発明の製造方法の障壁部材の上面は、平面状であっても曲面であっても良く、曲面である場合は、障壁部材の上面の傾斜角が、２０〜６０°である部分を有していればよい。さらに望ましくは障壁部材の上面の傾斜角が、３０°以上または、５０°以下である部分を有していることが好ましい。
【００５２】
本発明の製造方法の障壁部材は、複数からなることが望ましい。障壁部材が、複数からなると、障壁部材からの原料粉の落下が個々の障壁部材ごとに分割して起きるので、障壁部材からの成形容器内に原料粉が落下する際の脈動を緩和することができる。
【００５３】
本発明の製造方法の障壁部材は、固定されていても、振動、回転または揺動する機構を備えていても良い。振動、回転または揺動する機構を備えていると、障壁部材の上に堆積した原料粉の落下を促進し、障壁部材に付着する原料粉を少なくすることができる。振動、回転または揺動する機構を備えている場合は、原料粉を落下しやすくすることができる。振動、回転または揺動する機構は、常に動作しても、間隔をおいて動作してもよい。間隔を置いて動作する場合は、動作していない間は、原料粉を堆積させ、動作している間は原料粉の落下を促進させることができる。間隔をおいて動作する場合には、個々の障壁部材が同時に動作するのではなく交互または順に動作する方が好ましい。交互または順に動作することにより、障壁部材が発生させる原料粉の脈動を小さくすることができ、偏析をより起こりにくくすることができる。障壁部材が、振動、回転または揺動する気孔を備えている場合には、障壁部材の上面の傾斜角が、２０〜６０°である時間帯を有していればよい。さらに望ましくは障壁部材の上面の傾斜角が、３０°以上または、５０°以下である時間帯を有していることが好ましい。
【００５４】
本発明の製造方法の充填筒の開口に対し障壁部材が投影される面積は、特に限定されないが、４０〜９０％であることが好ましい。前記障壁部材が投影される面積が４０％を以上であると、フィーダーから落下する原料粉が、障壁部材に堆積し一旦保持されやすくなり、フィーダーからの原料粉の脈動を吸収し、偏析の発生を低減しやすくすることができる。前記障壁部材が投影される面積が９０％以下であると、フィーダーから落下する原料粉が充填筒内で落下する経路を十分に確保することができるので、閉塞することなくスムーズに充填することができる。障壁部材が複数存在する場合には、充填筒の開口に対し障壁部材が投影される面積とは、複数存在する障壁部材の全てが同時に投影される面積である。
【００５５】
＜成形工程＞
本発明の製造方法の成形工程では、充填工程で成形容器に充填された原料粉が静水圧を加えられることによって成形され、成形体が得られる。
成形工程では、圧力容器内で水などの圧力媒体に加圧されるＣＩＰ成形装置に成形容器を入れ成形することができる。
本発明の製造方法の成形容器は、ＣＩＰ成形装置内で圧力媒体が浸入しないよう蓋体で覆われることによって、成形容器に充填された原料粉が密封される。
【００５６】
本発明の製造方法の成形の圧力は特に限定されないが、例えば１０〜５００ＭＰａで加圧することによって原料粉が成形され成形体が形成される。成形圧力が１０ＭＰａ以上であると、高いかさ密度の成形体が得られ、緻密な黒鉛材料を得ることができる。また成形圧力が５００ＭＰａになるまでに十分に高いかさ密度の成形体が得られる。成形体は焼成の過程で、バインダー成分の分解ガスが気孔から外部に抜けることによって炭化が促進される。成形圧力が５００ＭＰａを超えても成形体のバインダー成分が軟化しながら分解し気孔を形成するので、かさ密度が上昇しにくく、成形圧力が５００ＭＰａを超えても得られる黒鉛材料のかさ密度が上昇しにくくなると考えられる。
ＣＩＰ成形装置で圧力が加えられた成形容器は、ＣＩＰ成形装置から取り出された後、開封される。開封された成形容器からは、成形体が取り出される。
ＣＩＰ成形装置は、液体の圧力媒体を用い等方的に加圧するので、黒鉛材料の特性の異方比を小さくすることができる特徴がある。
【００５７】
＜焼成工程＞
本発明の製造方法の焼成工程では、成形体を焼成し、バインダーであるピッチを炭化させることにより焼成体が得られる。
後の黒鉛化工程も同様に加熱する工程であるが、焼成工程は揮発分を除去するためにゆっくり加熱し、黒鉛化工程は高温で処理し、黒鉛の結晶化を促進するため、すみやかに加熱する。焼成工程で成形体を加熱するためのエネルギー密度と黒鉛化工程で焼成体を加熱するためのエネルギー密度は大きく異なるので、一般にはそれぞれ専用の炉で加熱される。焼成工程では、成形体を炭化し、焼成体を得るまで加熱すればよいので、燃焼による加熱、電気による加熱など熱源は特に限定されず、エネルギー密度の低い燃焼による加熱でも適用することができる。一方、後の黒鉛化工程は、高い温度まで加熱する必要があるので、電気を用いて加熱される。エネルギー密度の低い燃焼による加熱では、暖まった排ガスによってエネルギーを廃棄してしまうので高い温度が得られないので黒鉛化には向かない。
【００５８】
本発明の製造方法の焼成工程はどのような発熱体を用いた炉でも利用することができる。燃焼炉、電気炉など特に限定されない。燃焼炉を利用する場合、燃料は、特に限定されず、天然ガス、プロパンガス、一酸化炭素、重油などどのようなものでも利用することができる。
【００５９】
本発明の製造方法の焼成工程の焼成温度は、特に限定されないが、７００〜１５００℃であることが好ましい。焼成温度が７００℃以上であると、成形体から十分に揮発分が抜けるので炭化が進行し、気孔が形成され分解ガスが抜けやすくなる上に、焼成体の熱伝導率が高くなるので、後の黒鉛化工程で急速に加熱しても割れにくくすることができる。焼成温度が１５００℃を超えると、エネルギーのロスが大きくなる。その理由を以下に説明する。焼成温度が１５００℃以下の焼成体は、十分に揮発分が抜け、気孔が形成されているので、黒鉛化工程で分解ガスが十分に抜けやすくなっている上に、十分に炭化が進行し、焼成体の十分に熱伝導率が高くなっている。１５００℃を超える温度で焼成した場合では、ガスの抜けやすさ、焼成体の熱伝導率の温度に対する変化は小さくなるので、エネルギーをかけてさらに高い温度で焼成しても、後の黒鉛化工程で焼き易くするための効果は小さくなり、１５００℃を超えて加熱しても、その分のエネルギーのロスとなる。
【００６０】
本発明の製造方法の焼成工程は、成形体が酸化しなければどのような雰囲気で焼成することができる。焼成雰囲気は、例えば真空、還元雰囲気、不活性ガス雰囲気などどのような雰囲気でも良い。還元性雰囲気としては、炭化水素ガス、一酸化炭素、水素などが挙げられる。不活性ガス雰囲気は、例えば窒素、アルゴンなどが挙げられる。
本発明の製造方法の焼成工程の昇温速度は、特に制限されない。成形体のサイズが大きくなるほど表面と内部との温度差を緩和し割れにくくするために、ゆっくり焼成することが望ましい。例えば厚さが４００ｍｍの成形体であれば、０．２〜４℃／ｈｒで焼成することができる。
【００６１】
最高温度に到達した焼成体は、雰囲気を真空、還元雰囲気または不活性ガス雰囲気を維持したまま放冷され、冷却してから取り出されることが好ましい。
本明細書において焼成温度とは、焼成工程における最高の処理温度である。
【００６２】
＜黒鉛化工程＞
本発明の製造方法の黒鉛化工程では、焼成工程で炭化した焼成体を加熱し黒鉛化する。
本発明の製造方法の黒鉛化工程は、どのような黒鉛化炉を用いて黒鉛化しても良い。例えば、アチェソン炉、誘導炉などが利用できる。このような黒鉛化炉では、周囲を断熱材で囲い、中心部に焼成体を詰め加熱される。また、抵抗ヒーターを用いたマッフル炉などでも黒鉛化することができる。抵抗ヒーターとしては、黒鉛発熱体、タングステン発熱体などが挙げられる。
【００６３】
炭化された焼成体は、大部分の揮発分が除去されて、加熱してもほとんど分解ガスは出ない。このため、焼成体を囲う断熱材にタールなどが付着することなく黒鉛化することができる。なお、焼成温度が低い焼成体または成形体を黒鉛化炉で加熱すると、分子量の大きな分解ガスが発生し、タールとなって断熱材などに付着し炭化する。断熱材に付着したタールの炭化物は、断熱材どうしを結合するので、断熱性が悪くなる。
【００６４】
本発明の製造方法の黒鉛化工程の黒鉛化温度は、特に限定されないが、２０００℃以上であることが望ましい。黒鉛化温度が２０００℃以上であると、焼成体を構成する炭素が十分に結晶化し、加工性、導電性、伝熱性を備えた黒鉛材料を得ることができる。黒鉛化温度が２０００℃未満では、炭素質の材料が得られ、硬く、熱伝導率は低く、導電性が低くなる。また、本発明の製造方法の黒鉛化工程の黒鉛化温度は、特に限定されないが、３５００℃以下であることが好ましい。黒鉛の昇華温度は、３６５０℃程度であるので、黒鉛化温度が３５００℃以下であると、黒鉛化の行われている黒鉛の蒸気圧が低く維持することができる。このため、黒鉛化炉中で黒鉛化の進行した焼成体の表面から昇華する黒鉛が少なく、黒鉛材料の表面の変質を少なくすることができる。
【００６５】
黒鉛化の昇温速度は特に限定されないが、例えば、焼成体の結晶化が進行していない１０００℃以下では、１０〜１００℃／ｈｒで昇温できる。焼成体の結晶化が進行しはじめる１０００℃を超える温度では、例えば３０〜２００℃／ｈｒで昇温することができる。
本明細書において黒鉛化温度とは、黒鉛化工程における最高の処理温度である。
【００６６】
以下に具体的な本発明の黒鉛材料の製造方法の実施形態１及び実施形態２について図を用いて説明する。
【００６７】
図２は、本発明の黒鉛材料の製造方法の実施形態１の充填装置を示す説明図である。
原料粉１は、上部のタンク８に充填され、フィーダー４によって充填筒３上部に導かれる。フィーダーが回転することによって、充填筒３の上部から原料粉が充填筒３の内部に落下し、充填筒３内部に配置されている障壁部材５に一時保持された後、成形容器２の中に落下する。この際に、障壁部材５が原料粉の偏析を解消するように作用し、充填筒３が成形容器５の中に挿入されているので充填筒から落下する原料粉は空気の作用で分離しにくく偏析を起きにくくすることができる。
障壁部材は、４枚のフラットバーからなり、上面の傾斜角は４５°である。
【００６８】
成形容器２に充填された原料粉１と、充填筒３との距離を充填筒側面に取り付けられた検出器７が検知し、充填筒３の下端と成形容器２内に充填された原料粉１の上端の間隔を一定に保つように昇降機６によって充填筒３を上昇させる。この際、充填筒３につながるフィーダー４、タンク８も同時に上昇する。検出器は、超音波距離計であり、充填筒下端から、充填された原料粉の頂部までの距離を一定に保つように昇降機を制御する。
【００６９】
図３は、本発明の黒鉛材料の製造方法の実施形態２の充填装置を示す説明図である。実施形態２は、実施形態１の充填装置と検出器７、昇降機６の構造が異なり、他の部分は同一の構造である。実施形態２の検出器は、成形容器２を計量する秤であり、昇降機６は充填筒３側ではなく成形容器２側を昇降させることができる。昇降機６は、検出器の計量する原料粉の質量に応じて成形容器２を下降させることができ、充填筒３下端から、成形容器２に充填された原料粉の頂部までの距離を一定に保つように昇降機６を制御する。
【００７０】
図５は、本発明の黒鉛材料の製造方法の障壁部材５に原料粉が堆積し落下するまでの様子を示す説明図である。（ａ）は、何も載っていない状態の障壁部材を示す。大きさは、例えば幅１００ｍｍ、厚さ１２ｍｍのフラットバーからなり、傾斜角は４５°であり原料粉の安息角よりも大きい。大きさ、形状、数量、傾斜角は特に限定されない。（ｂ）は、充填筒の上部から原料粉１が落下し、障壁部材の上面に堆積し始めた状態を示す。障壁部材の下側の端では、すぐに原料粉が落下するがその他の部分では、障壁部材表面との摩擦力によって原料粉が保持される。（ｃ）は、原料粉がさらに堆積した状態を示す。これ以上原料粉が堆積すると障壁部材表面との摩擦力で保持できなくなり崩れるようになる。（ｄ）は、さらに原料粉１が堆積し、障壁部材表面との摩擦力で原料粉を保持できなくなり、堆積した原料粉の表面の傾斜角が安息角を超えているので、原料粉が障壁部材の下側の端から一気に落下する様子を示す。このとき原料粉は、それまでに堆積した原料粉と共に落下し混合される。落下する粉の順序は、障壁部材の下側の端に近い側から落下するので、フィーダーから落下してきた順に落下するわけではない。このため、フィーダーの脈動、充填の開始、停止によって発生する原料粉の偏析は、障壁部材によって解消される。
【００７１】
図６は、本発明の黒鉛材料の製造方法の障壁部材の変形例を示す。いずれも充填筒の側方から見たときの断面図である。（ａ）は障壁部材が１枚である場合、（ｂ）は障壁部材が５枚水平方向に並び同一方向に傾斜している場合、（ｃ）は水平方向に並べられた５枚の障壁部材がそれぞれ異なる方向に傾斜している場合、（ｄ）は、水平方向に並べられた５枚の障壁部材の上部に交互になるように水平方向に並べられた４枚の障壁部材をさらに有している場合、（ｅ）は水平方向に並べられた５枚の障壁部材がそれぞれ振動している場合、（ｆ）は水平方向に並べられた５枚の障壁部材がそれぞれ長手方向を軸として回転している場合を示す。
【００７２】
本発明の障壁部材は、（ａ）〜（ｆ）に記載された障壁部材組み合わせて用いることができる。具体的には、障壁部材の数、傾斜する角度、上下方向の段数、振動の有無、振動の周期、振動の振幅、回転の有無、回転数、揺動の有無、揺動の周期、揺動の角度などの組み合わせは特に限定されず、適宜組み合わせて適用することができる。
【００７３】
以下に、本発明の製造方法について、実施例、比較例の順に記載する。
【実施例１】
【００７４】
＜充填工程＞
原料粉として、以下のものを使用する。メジアン径１５μｍに粉砕した石炭系コークス、タールピッチを加熱したニーダを用い混練し、得られた混練物を粉砕し、メジアン径２５μｍの原料粉とする。
原料粉を充填する成形容器を準備する。成形容器は蓋体で覆って密封することができる。成形容器の内寸は４００×６００×１８００（高さ）ｍｍの直方体のキャビティを有している。成形容器、蓋体ともにゴム製である。
【００７５】
図４は、本発明の黒鉛材料の製造方法の実施例１で用いる充填装置を示す説明図である。
原料粉を、下記に説明する図４の充填装置１０を用い、成形容器２に充填する。充填装置１０は、上部に原料粉を貯蔵するタンク８を有し、スクリューからなるフィーダー４によって充填筒３の上部に供給される。充填筒３の上部に達した原料粉１は、充填筒３内に落下する。充填筒３の太さは、φ２５０であって、下端２５０×４００の開口を有するフードが取り付けられている。充填筒３内には、幅６０ｍｍのフラットバーからなる障壁部材５が、傾斜が３０°となるよう３つ備えられている。
【００７６】
成形容器２の開口部からは、充填筒３が奥まで挿入されている。成形容器２は、一定速度で下降する昇降機６を有している。この機構によって、成形容器２に対する充填筒３の高さを概ね一定に保ちながら上昇させることができる。
原料粉の充填は、フィーダー４を回転させ、原料粉を充填筒３の上部から投下するともに、昇降機６で充填容器をゆっくりと下降させながら充填する。充填容器をゆっくりと下降させることによって、充填容器に対する充填筒までの高さをゆっくりと上昇させ、成形容器上端まで、原料粉を充填する。充填の途中、貯蔵タンクの中では原料粉の特性からのブリッジ現象が起き易く、フィーダーからは断続的に原料粉が投下される。
【００７７】
＜成形工程＞
充填工程で原料粉が充填された成形容器に蓋体を被せ、ゴムバンドを用いて密閉する。充填容器ごとＣＩＰ成形装置に搬入し、液体の圧力媒体をＣＩＰ成形装置に圧入することによって加圧する。ＣＩＰ成形装置は、１００ＭＰａの圧力を加え加圧する。加圧後、徐々に加圧媒体を抜くことにより減圧し、減圧後、ＣＩＰ成形装置から成形容器を搬出する。
搬出された成形容器から蓋体を取り外し、原料粉が成形された成形体を成形容器から取り出す。
【００７８】
＜焼成工程＞
成形工程で得られた成形体をステンレス製の焼成缶に詰め、ステンレス製の蓋をする。蓋をした焼成缶をガス炉に詰め焼成する。焼成缶に詰められた成形体を昇温速度１．５℃／ｈｒで９００℃まで加熱する。冷却後、焼成缶をガス炉から取り出す。焼成缶の中は、成形体が焼成され、焼成体となる。
【００７９】
＜黒鉛化工程＞
焼成工程で得られた焼成体を、壁面が断熱材で覆われたアチェソン炉に詰め、人造黒鉛からなる詰粉を上から被せて覆い、焼成体の上部及び焼成体の間に詰粉を充填する。アチェソン炉の両端の黒鉛電極から焼成体及び焼成体間の粒状体を通過するように電流を流し、抵抗発熱させ黒鉛化する。加熱のための電流は、焼成体の温度域に応じて切り替えられ、１２００℃までは１５℃／ｈｒとなる程度の電流で加熱し、２５００℃までは、３０℃／ｈｒとなる程度の電通で加熱する。１２００℃を超えると、焼成体の熱収縮が収まり、昇温速度を速くしても割れにくくなるので、アチェソン炉からの放熱に対抗し、速く最高温度（黒鉛化温度）に到達するようアチェソン炉の電源の能力を最大限使って加熱する熱量を十分に大きくし黒鉛化される。
【００８０】
黒鉛化温度に到達した後、通電を停止し自然放熱する。自然放熱によって冷えた上部の詰粉から徐々に取り除く。アチェソン炉の内部には、焼成体が黒鉛化して得られた黒鉛材料が得られている。自然放熱によって冷えた上部の詰粉から徐々に取り除くと黒鉛材料の上面が露出するようになる。上面が露出した黒鉛材料はトングによって取り出すことができる。
【００８１】
実施例１に準じて製造された黒鉛材料は、成形工程、焼成工程、黒鉛化工程のいずれの工程でもクラックは発生しなかった。
【００８２】
（比較例１）
充填工程の異なる黒鉛材料を形成するために充填工程以外は実施例１の製造工程に倣って製造を進める。
【００８３】
＜充填工程＞
実施例１と同じ原料粉を、同じ成形容器に充填する。充填は、貯蔵タンクからフィーダーで供給され、フィーダーから落下した原料粉は、直接成形容器に投入する。フィーダーから原料粉が落下すると原料粉の細かな粉塵が浮遊し、空気の抵抗を受けながらゆっくり沈降する。途中、貯蔵タンクの中では原料粉のブリッジ現象が起き、フィーダーからは断続的に原料粉が投下される。貯蔵タンクのブリッジ現象によってフィーダーからの原料粉の供給が止まっている間は、浮遊した原料粉の粉塵が成形容器内に沈降し、粒子径の細かな原料粉の層が形成される。
【００８４】
＜成形工程＞
実施例１の成形工程と同様にＣＩＰ成形装置を用いて成形体を得る。
【００８５】
＜焼成工程＞
実施例１の焼成工程と同様に焼成缶に詰め、ガス炉を用いて焼成し、焼成体を得る。
【００８６】
＜黒鉛化工程＞
実施例１の黒鉛化工程と同様にアチェソン炉に詰め、通電し黒鉛材料を得る。
【００８７】
比較例１に準じて製造された黒鉛材料は焼成段階でクラックが発生した。焼成体には、充填工程の水平方向に沿ってクラックは発生していた。クラックの位置は充填時に形成された粒子径の細かな原料粉の層に対応していると考えられる。
【００８８】
（比較例２）
比較例１と同様に黒鉛材料を製造する。比較例２ではクラックの発生を防止するために、充填後に成形容器内の原料粉に形成された粒子径の細かな原料粉の層を破壊する偏析破壊操作を行うことが比較例１との違いである。
以下に比較例２の製造方法と、充填工程における偏析破壊操作の具体的な説明を行う。
【００８９】
＜充填工程＞
実施例１と同じ原料粉を、同じ成形容器に充填する。成形容器の底には、φ１６ｍｍの鉄の丸棒で形成した４００×６００ｍｍの格子状の治具をあらかじめ沈めておく。格子状の治具の格子の大きさは一辺が１００ｍｍである。
【００９０】
充填は、貯蔵タンクからフィーダーで供給され、フィーダーから落下した原料粉は、直接成形容器に投入される。フィーダーから原料粉が落下すると原料粉の細かな粉塵が浮遊し、空気の抵抗を受けながらゆっくり沈降する。途中、貯蔵タンクの中では原料粉のブリッジ現象が起き易く、フィーダーからは断続的に原料粉が投下される。貯蔵タンクのブリッジ現象によってフィーダーからの原料粉の供給が止まっている間は、浮遊した原料粉の粉塵が成形容器内に沈降し、粒子径の細かな原料粉の層が形成される。
つぎに、偏析破壊操作を実施する。具体的には、充填後、格子状の治具を成形容器の底から引き上げることにより、成形容器内で形成された粒子径の細かな原料粉の層を破壊する。
【００９１】
＜成形工程＞
実施例１の成形工程と同様にＣＩＰ成形装置を用いて成形体を得る。
【００９２】
＜焼成工程＞
実施例１の焼成工程と同様に焼成缶に詰め、ガス炉を用いて焼成し、焼成体を得る。
【００９３】
＜黒鉛化工程＞
実施例１の黒鉛化工程と同様にアチェソン炉に詰め、通電し黒鉛材料を得る。
【００９４】
比較例２に準じて製造された黒鉛材料は焼成段階でクラックが発生した。焼成体の充填時の上面には、格子状のクラックが形成されていた。充填後に、成形容器の底にあらかじめ沈めておいた格子状の治具を引き上げることによって粒子径の細かな原料粉の層を破壊することはできたが、充填された原料粉の中を格子状の治具が通過することによって、アスペクト比の高い原料粉が再配列し、強度的に弱い欠陥を形成したと考えられる。
【００９５】
実施例１では、上部に原料粉を供給するフィーダーと内部に原料粉を受ける障壁部材とを有する充填筒を、成形容器の内部に挿入し原料粉を充填する本発明の充填装置を用いている。このため、フィーダーから供給される原料粉に脈動が生じても、充填筒内部にある障壁部材で原料粉が一旦保持され、一定量蓄積されたとき保持された原材粉がまとめて落下するので、原料粉の脈動を吸収することができる。
【００９６】
また、充填筒は、成形容器の内部に挿入されるので、充填筒内部の障壁部材から成形容器に落下するまでの距離を短くすることができる。このため、充填筒から落下する原料粉の空気抵抗による落下速度の差によって発生する偏析を最小限にすることができ偏析によるクラックの発生を防止できていることが確認された。
これに対し、比較例１では、フィーダーから原料粉を成形容器に直接投下している。このため、フィーダーから供給される原料粉の脈動を吸収することができず、偏析が起き、偏析によるクラックが発生していることが確認された。
また、比較例２では、成形容器の内部に格子状の治具を沈めた後充填し、充填後取り出しているので、取り出す際に原料粉に異方性を生じさせ、クラックの原因となっていることが確認された。
【符号の説明】
【００９７】
１  原料粉
２  成形容器
３  充填筒
４  フィーダー
５  障壁部材
６  昇降機
７  検出器
８  タンク
１０  充填装置  
【図１】
2014168909.tif 000003
【図２】
2014168909.tif 000004
【図３】
2014168909.tif 000005
【図４】
2014168909.tif 000006
【図５】
2014168909.tif 000007
【図６】
2014168909.tif 000008