(57)【要約】【課題】膨張黒鉛シートの圧縮率を、密度によらず調整することができる膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法を提供する。【解決手段】膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法を、膨張黒鉛シートを非酸化性雰囲気で加熱処理し、加熱温度及び加熱時間の少なくとも一方によって圧縮率を変化させる構成とする。加熱処理における加熱温度条件は、９００℃〜１３５０℃とすると、過度に加熱することなく圧縮率を効果的に変化させることができ、望ましい。また、加熱処理における加熱時間条件は、２時間〜８時間を一単位とすると、加熱処理を複数回行うことによって、圧縮率を微調整することができ、望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張黒鉛シートを非酸化性雰囲気で加熱処理し、加熱温度及び加熱時間の少なくとも一方によって圧縮率を変化させる
ことを特徴とする膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法。
【請求項２】
密度が１．０ｇ／ｃｍ３で、面圧が１２ＭＰａ〜１６ＭＰａのときの厚さ方向の圧縮率が１１％〜２１％である
ことを特徴とする膨張黒鉛シート。
【請求項３】
密度が１．０ｇ／ｃｍ３で、面圧が１２ＭＰａ〜１６ＭＰａのときの厚さ方向の圧縮率が１１％〜２３％であり、且つ、硫黄含有率が２５０ｐｐｍ〜６４０ｐｐｍである
ことを特徴とする膨張黒鉛シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張黒鉛シートの圧縮率を変化させ、所望の値に調整する膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法、及び該膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法により圧縮率が調整された膨張黒鉛シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膨張黒鉛シートの圧縮率は密度に依存し、図３に例示するように、密度が高くなるほど膨張黒鉛シートの圧縮率は低下する。図３は、厚さが０．８ｍｍと同一で、密度がそれぞれ０．５ｇ／ｃｍ３、０．８ｇ／ｃｍ３、１．０ｇ／ｃｍ３、１．２ｇ／ｃｍ３と相違する膨張黒鉛シートを、異なる面圧で一定時間加圧した場合の圧縮率を示したものである。このように、膨張黒鉛シートの圧縮率が密度に依存することに基づき、従来、膨張黒鉛シートの用途に応じて必要とされる圧縮率は、密度によって調整されていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
具体的には、特許文献１の技術は、膨張黒鉛シートをるつぼ用保護シートに用いるものであり、衝撃吸収性のために所望される圧縮率とするために、密度の異なる複数種類の膨張黒鉛シートの中から、熱膨張率やガス透過率など他の物性を考慮した上で、ある密度の膨張黒鉛シートを選択している。ここで、密度が相違する膨張黒鉛シートは、一般的に、層間化合物とした黒鉛を急激に加熱して層間の物質をガス化し、層間隔を押し広げて膨張黒鉛とした後、これを圧延してシート化する際の圧力を異ならせることによって製造することができる。従って、かかる方法で所望の圧縮率を得るためには、膨張黒鉛シートの製造段階において、圧延条件を変化させて密度を変化させなければならなかった。また、膨張黒鉛シートの市販品では、予め密度の値が段階的に設定されている。そのため、膨張黒鉛シートの市販品を使用する場合は、任意の値の圧縮率を有する膨張黒鉛シートは得られないという問題があった。
【０００４】
一方、特許文献２の技術は、膨張黒鉛シートをガスケットに用いるものであり、一般的に市販されている密度０．８ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートは、ガスケットとしての用途には圧縮率が高過ぎるとして、膨張黒鉛シートを加圧成形することにより、密度を高めている。そのため、密度が１．０ｇ／ｃｍ３であった膨張黒鉛シートの密度を１．６５ｇ／ｃｍ３とするために、もともと厚さが３．０５ｍｍであった膨張黒鉛シートの厚さが１．８５ｍｍになり、密度が１．０ｇ／ｃｍ３であった膨張黒鉛シートの密度を１．４１ｇ／ｃｍ３とするために、もともと厚さが２．０ｍｍであった膨張黒鉛シートの厚さが１．７２ｍｍになるなど、圧縮率の調整のために膨張黒鉛シートの厚さが大きく変化してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０１９１３７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、膨張黒鉛シートの圧縮率を、密度によらず調整することができる膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法、及び該膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法により圧縮率が調整された膨張黒鉛シートの提供を、課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法は、「膨張黒鉛シートを非酸化性雰囲気で加熱処理し、加熱温度及び加熱時間の少なくとも一方によって圧縮率を変化させる」ものである。
【０００８】
「膨張黒鉛シート」は、硫酸、硝酸等で処理して層間化合物とした黒鉛を、急激に加熱して層間の物質をガス化し層間隔を押し広げ、その後圧延することにより得られる黒鉛シートであり、厚さ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍのものを好適に使用することができる。
【０００９】
「非酸化性雰囲気」は、アルゴンガス等の不活性ガス、窒素ガス、これらの混合ガス雰囲気、或いは、真空雰囲気とすることができる。
【００１０】
本発明者は、詳細は後述するように、膨張黒鉛シートを非酸化性雰囲気で加熱するのみの簡易な方法により、膨張黒鉛シートの圧縮率を変化させられることを見出し、本発明に至ったものである。従って、本発明によれば、ある密度に設定された市販の膨張黒鉛シートを用いて、圧縮率の異なる複数種類の熱膨張黒鉛シートを得ることができる。また、非酸化性雰囲気下での加熱温度及び加熱時間の少なくとも一方を制御することにより、所望する任意の値の圧縮率を有する膨張黒鉛シートを得ることができる。
【００１１】
加えて、加圧成形により密度を変化させることによって圧縮率を変化させていた従来技術とは異なり、厚さをほとんど変化させることなく、膨張黒鉛シートの圧縮率を変化させることができる。
【００１２】
次に、本発明にかかる膨張黒鉛シートは、「密度が１．０ｇ／ｃｍ３で、面圧が１２ＭＰａ〜１６ＭＰａのときの厚さ方向の圧縮率が１１％〜２１％である」ものである。
【００１３】
本構成の膨張黒鉛シートは、上記の膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法を使用し、加熱温度を１２５０±１００℃、加熱時間を４時間〜８時間として非酸化性雰囲気で加熱処理することによって、厚さ方向の圧縮率が１１％〜２１％に調整された密度が１．０ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートであり、詳細は後述するように、加熱処理を施していない同一密度の膨張黒鉛シートに比べて、圧縮率がかなり小さいものである。
【００１４】
本発明にかかる膨張黒鉛シートは、上記構成に替えて、「密度が１．０ｇ／ｃｍ３で、面圧が１２ＭＰａ〜１６ＭＰａのときの厚さ方向の圧縮率が１１％〜２３％であり、且つ、硫黄含有率が２５０ｐｐｍ〜６４０ｐｐｍである」ものであってもよい。
【００１５】
本構成の膨張黒鉛シートは、上記の膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法を使用し、加熱温度を９００℃〜１３５０℃、加熱時間を４時間として非酸化性雰囲気で加熱処理することによって、厚さ方向の圧縮率が１１％〜２３％に調整された密度が１．０ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートであり、詳細は後述するように、加熱処理を施していない同一密度の膨張黒鉛シートに比べて、圧縮率がかなり小さいと共に、硫黄含有率が大幅に低いものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の効果として、膨張黒鉛シートの圧縮率を、密度によらず調整することができる膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法、及び、該膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法により圧縮率が調整された膨張黒鉛シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】加熱温度を変化させた膨張黒鉛シートについて、面圧と圧縮率との関係を示すグラフである。
【図２】加熱時間（加熱処理の回数）を変化させた膨張黒鉛シートについて、面圧と圧縮率との関係を示すグラフである。
【図３】膨張黒鉛シートの密度と圧縮率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態である膨張黒鉛シートの圧縮率調整方法（以下、単に「圧縮率調整方法」と称する）、及び、本実施形態の圧縮率調整方法により圧縮率が調整された膨張黒鉛シートについて説明する。本実施形態の圧縮率調整方法は、膨張黒鉛シートを非酸化性雰囲気で加熱処理し、加熱温度及び加熱時間の少なくとも一方によって圧縮率を変化させるものである。
【００１９】
より具体的に説明すると、加熱処理は、膨張黒鉛シートの複数枚を積層して、上下に配した黒鉛板で挟み込み、結束バンドで積層状態を保持した上で、黒鉛粒等の詰め粉に埋設した状態で行うことができる。加熱温度は、後述のように、９００℃〜１３５０℃とすると、過度に加熱することなく圧縮率を効果的に変化させることができ、望ましい。また、加熱時間は、２時間〜８時間を一単位とすると、加熱処理の回数によって圧縮率を微調整することができ、望ましい。
【実施例】
【００２０】
膨張黒鉛シート（５３０ｍｍ×９００ｍｍ×厚さ１ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ３、ＴＹＫ製）の６０枚を積層し、厚さ１５ｍｍの二枚の黒鉛板で挟み、アルゴンガス雰囲気で加熱処理することにより、加熱温度の異なる三種類の膨張黒鉛シートＳ１〜Ｓ３を得た。Ｓ１の加熱温度は３００±５０℃とし、Ｓ２の加熱温度は９５０±５０℃とし、Ｓ３の加熱温度は１２５０±１００℃とした。膨張黒鉛シートは４００℃以上の温度で酸化するため、Ｓ２及びＳ３については、加熱処理は詰め粉に埋設した状態で行った。加熱時間は、Ｓ２及びＳ３については何れも４時間とし、Ｓ１については４８時間とした。加熱処理後の膨張黒鉛シートＳ１〜Ｓ３について、それぞれ次の方法で圧縮率を測定した。
【００２１】
＜圧縮率の測定＞
膨張黒鉛シートの上面を、円柱状の金属型の円形の端面で押圧する。所定の面圧に達したら、その圧力を１０秒間保持する。１０秒の経過後に金属型を離隔させ、膨張黒鉛シートの厚さを測定する。金属型で押圧することによる厚さの変化量（厚さの減少量）の、金属型で押圧する前の膨張黒鉛シートの厚さに対する割合（百分率）を、圧縮率として算出した。
【００２２】
加熱時間の異なる膨張黒鉛シートＳ１〜Ｓ３について、異なる面圧のときの圧縮率の測定結果を表１に示すと共に、面圧に対する圧縮率の関係のグラフを図１に示す。表１及び図１では、加熱処理を行っていない膨張黒鉛シートＳ０について測定した面圧に対する圧縮率の関係を、対比のために示している。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１及び図１から明らかなように、加熱処理によって膨張黒鉛シートの圧縮率を変化させることができ、加熱温度が高いほど圧縮率を小さくすることができる。加熱温度が３００±５０℃の試料Ｓ１では、未処理の膨張黒鉛シートＳ０と対比した圧縮率の変化は、さほど大きなものではなかった。そのため、このような低温での加熱処理は、圧縮率を微調整したい場合に適していると考えられた。
【００２５】
一方、加熱温度が９５０±５０℃の試料Ｓ２、及び、１２５０±１００℃の試料Ｓ３は、未処理の試料Ｓ０と対比して、圧縮率は大きく低下していた。従って、加熱時間を９００℃〜１３５０℃とすれば、過度に加熱することなく効率的に圧縮率を変化させることができると考えられた。
【００２６】
そして、種々の加熱温度について、予め、図１に例示されるような圧縮率−面圧曲線を得ておくことにより、膨張黒鉛シートが使用される状況下で受ける面圧に応じて、所望される任意の値の圧縮率を有する膨張黒鉛シートを得るために、行うべき加熱処理の加熱温度条件を知ることができる。
【００２７】
圧縮率を変化させた膨張黒鉛シートＳ１〜Ｓ３を得るための加熱処理の前後での膨張黒鉛シートの厚さの変化を表２に、密度の変化を表３に示す。表２及び表３に示すように、圧縮率を変化させるための加熱処理によって、膨張黒鉛シートの厚さも密度も、ほとんど変化していないことが分かる。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
【表３】
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【００３０】
また、圧縮率を変化させた膨張黒鉛シートＳ１〜Ｓ３、及び未処理の膨張黒鉛シートＳ０について硫黄含有率を測定したところ、加熱処理によって硫黄含有率を低下させることができることが分かった。具体的には、次の表４に示すように、９５０±５０℃で加熱処理した試料Ｓ２では、硫黄含有率は未処理の試料Ｓ０の約２／３に低下しており、１２５０±１００℃で加熱処理した試料Ｓ３では、硫黄含有率は未処理の試料Ｓ０の約１／４に低下していた。一般的に市販されている膨張黒鉛シートには、硫黄含有率の低いグレードも存在するが、精製の工程を経たものであるため高価である。本実施形態では、膨張黒鉛シートを加熱するのみの簡易な操作で、圧縮率を調整することができると共に、精製されていない通常のグレードである市販の膨張黒鉛シートから、硫黄含有率の低い膨張黒鉛シートを得ることができる。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
次に、加熱処理における加熱温度条件を同一とし、加熱時間（加熱処理の回数）を変化させた膨張黒鉛シートＳ１１、Ｓ１２について、圧縮率を検討した結果を示す。ここでは、膨張黒鉛シート（５３０ｍｍ×９００ｍｍ×厚さ０．８ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ３、ＴＹＫ製）の６０枚を積層し、厚さ１５ｍｍの二枚の黒鉛板で挟み、アルゴンガス雰囲気で、１２５０±１００℃の温度で加熱処理した。加熱処理は４時間を一単位とし、膨張黒鉛シートＳ１１は一単位の加熱処理を１回（加熱時間計４時間）行うことにより得、膨張黒鉛シートＳ１２は一単位の加熱処理を２回（加熱時間計８時間）行うことにより得た。得られた膨張黒鉛シートＳ１１、Ｓ１２について、上記と同様の方法で圧縮率を測定した。その結果を表５及び図２に示す。表５及び図２では、加熱処理を行っていない膨張黒鉛シートＳ１０について測定した結果を、対比のために示している。
【００３３】
【表５】
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【００３４】
表５及び図２から明らかなように、加熱温度が同一の場合、加熱時間が長いほど（加熱処理の回数が多いほど）、圧縮率を小さくすることができる。そして、種々の加熱時間（加熱処理の回数）について、予め、図２に例示されるような圧縮率−面圧曲線を得ておくことにより、膨張黒鉛シートが使用される状況下で受ける面圧に応じて、所望される任意の値の圧縮率を有する膨張黒鉛シートを得るために、行うべき加熱処理の加熱時間条件を知ることができる。加えて、このような加熱時間に対する圧縮率−面圧曲線を、種々の加熱温度について得ておくことにより、所望される圧縮率を有する膨張黒鉛シートを得るために行うべき加熱処理について、加熱温度条件と加熱時間条件とを、同時に定めることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態の圧縮率調整方法によれば、膨張黒鉛シートを加熱するのみの簡易な方法で、密度をほとんど変化させることなく、圧縮率を変化させることができる。そして、加熱処理における加熱温度条件及び加熱時間条件の少なくとも一方の制御により、膨張黒鉛シートの圧縮率を所望の値に調整することができる。また、膨張黒鉛シートを加熱することで圧縮率を調整できるため、密度が段階的に設定された市販の膨張黒鉛シートを使用して、圧縮率が任意の値に調整された膨張黒鉛シートを得ることができる。
【００３６】
加えて、膨張黒鉛シートを加熱することで圧縮率を調整できるため、加圧成形によって高密度化することにより圧縮率を変化させていた従来技術と異なり、膨張黒鉛シートの厚さをほとんど変化させることなく、膨張黒鉛シートの圧縮率を変化させることができる。
【００３７】
そして、試料Ｓ３、試料Ｓ１１、及び試料Ｓ１２についての検討結果から分かるように、密度１．０ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを加熱温度１２５０℃±１００℃、加熱時間４〜８時間で加熱処理することにより、面圧１２ＭＰａ〜１６ＭＰａのときの厚さ方向の圧縮率が１１％〜２１％という、加熱処理していない同一密度の膨張黒鉛シートに比べて圧縮率がかなり小さい膨張黒鉛シートを得ることができる。このように圧縮率が調整された膨張黒鉛シートは、圧縮率が重要な特性であるシール材（パッキン材）やクッション材として有用である。
【００３８】
また、試料Ｓ２及び試料Ｓ３の結果から分かるように、密度１．０ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを加熱温度９００℃〜１３５０℃、加熱時間４時間で加熱処理することにより、面圧１２ＭＰａ〜１６ＭＰａのときの厚さ方向の圧縮率が１１％〜２３％であり、且つ、硫黄含有率が２５０ｐｐｍ〜６４０ｐｐｍという、加熱処理していない同一密度の膨張黒鉛シートに比べて、圧縮率及び硫黄含有率がともに小さい膨張黒鉛シートを得ることができる。
【００３９】
なお、試料Ｓ０〜Ｓ３、及び、試料Ｓ１０〜Ｓ１２について、ロックウェル硬度を測定した結果（平均値）を、表６及び表７に示す。ここで、硬度の測定は、それぞれの試料について厚さが４ｍｍとなるように、膨張黒鉛シートを積層して行った。また、測定には電動ツインロックウェル硬さ試験機（Ａｋａｓｈｉ製、ＡＴＫ−Ｆ２０００）を使用し、次の条件で行った。
スケール：Ｒ
圧子：直径１／２インチ（１２．７ｍｍ）の鋼球
基準荷重：１０ｋｇｆ（９８．０７Ｎ）
試験荷重：６０ｋｇｆ（５８８．４Ｎ）
【００４０】
【表６】
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【００４１】
【表７】
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【００４２】
膨張黒鉛シートは比較的柔らかい材料であるため、表６及び表７に示すように、測定結果は負の値になっているが、加熱処理によって硬度が高くなっており、上記のように加熱処理によって圧縮率が低下している結果と整合している。
【００４３】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の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、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４４】
例えば、上記の実施形態では、加熱温度として３００±５０℃、９５０±５０℃、及び１２５０±１００℃を例示し、加熱時間の単位を４時間とした場合を例示したが、加熱温度及び加熱時間は何れも例示したものに限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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