(57)【要約】      （修正有）【課題】電気抵抗が低く、高強度の接合を実現する黒鉛構造体、黒鉛ヒータ、黒鉛構造体の製造方法および黒鉛ヒータの製造方法を提供する。【解決手段】黒鉛構造体１０Ａは、第１黒鉛部材２０と、第１黒鉛部材２０に連結される第２黒鉛部材３０とを有し、第２黒鉛部材３０は、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１よりも小さく小径部２２が挿入可能な凹部３２を端面３１に有し、小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１間には、周面炭素系接着部２４が介装され、小径部２２を凹部３２に押し込むと、小径部２２の外周面２２１の凹凸２３が擦れて削れるので、小径部２２と第２黒鉛部材３０とが直接接触する。また、小径部２２の外周面２２１と凹部３２の内周面３２１とが、削れた黒鉛の粉と周面炭素系接着部２４により密着して接着され、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、電気抵抗が低く、高強度で接合することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱形状の第１黒鉛部材と、
前記第１黒鉛部材に同軸配置され、前記第１黒鉛部材よりも小径、かつ、外周面に凹凸が設けられた小径部と、
前記小径部が挿入可能であって、略円柱形状の空間を囲む凹部が端面に設けられ、前記第１黒鉛部材に対して前記凹部が同軸連結された第２黒鉛部材と、
前記小径部の外周面および前記凹部の内周面間に介装された周面炭素系接着部とを備え、
前記小径部の最大直径寸法と前記凹部の内径寸法とが等しい黒鉛構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の黒鉛構造体であって、
前記第１黒鉛部材および前記小径部が一体的に形成されている黒鉛構造体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の黒鉛構造体であって、
前記凹部の内周面に凹凸が設けられている黒鉛構造体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体であって、
前記小径部の外周面に第１の溝が設けられている黒鉛構造体。
【請求項５】
請求項４に記載の黒鉛構造体であって、
前記第１の溝が螺旋状に設けられている黒鉛構造体。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の黒鉛構造体であって、
前記凹部の内周面に第２の溝が複数列設けられている黒鉛構造体。
【請求項７】
請求項６に記載の黒鉛構造体であって、
前記各第２の溝が螺旋状に設けられている黒鉛構造体。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体であって、
前記周面炭素系接着部は、前記小径部の外周面および前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方が削られた骨材が含まれている黒鉛構造体。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体であって、
互いに対向する前記第１黒鉛部材の端面および前記第２黒鉛部材の端面が端面炭素系接着部を介して接合されている黒鉛構造体。
【請求項１０】
請求項９に記載の黒鉛構造体であって、
前記周面炭素系接着部および前記端面炭素系接着部が同一材質である黒鉛構造体。
【請求項１１】
請求項９に記載の黒鉛構造体であって、
前記周面炭素系接着部および前記端面炭素系接着部のうちの少なくとも一方がコプナ樹脂の炭化物である黒鉛構造体。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体を用いた黒鉛ヒータ。
【請求項１３】
略円柱形状の第１黒鉛部材および略円柱形状の空間を囲む凹部を端面に有する第２黒鉛部材とを、前記第１黒鉛部材に対して凹部を同軸配置させる黒鉛構造体の製造方法であって、
前記第１黒鉛部材よりも小径、かつ、外周面に凹凸が設けられた小径部を前記第１黒鉛部材の端面に同軸配置するとともに、
前記第２黒鉛部材の端面の凹部は前記小径部が挿入可能、かつ、前記小径部の最大直径寸法よりも小さな内径寸法を有し、
前記小径部の外周面および前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方に周面炭素系接着材を塗布する周面炭素系接着材塗布工程を行った後、
前記小径部の外周面および前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方を削りながら前記小径部を前記凹部に挿入させる挿入工程を行い、
次いで、前記第１黒鉛部材および前記第２黒鉛部材を加熱することにより、前記周面炭素系接着材を炭素化させることにより硬化させて周面炭素系接着部を形成する熱処理工程を行う黒鉛構造体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の黒鉛構造体の製造方法であって、
あらかじめ前記小径部の外周面に第１の溝を螺旋状に設けておく黒鉛構造体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の黒鉛構造体の製造方法であって、
あらかじめ前記凹部の内周面に複数列の第２の溝を設けておく黒鉛構造体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の黒鉛構造体の製造方法であって、
前記各第２の溝を螺旋状に形成しておく黒鉛構造体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３ないし請求項１６のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体の製造方法であって、
互いに対向する前記第１黒鉛部材の端面および前記第２黒鉛部材の端面のうちの少なくとも一方に端面炭素系接着材を塗布する端面炭素系接着材塗布工程を前記熱処理工程の以前に行う黒鉛構造体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３ないし請求項１７のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体の製造方法であって、
前記周面炭素系接着材および前記端面炭素系接着材のうちの少なくとも一方がコプナ樹脂である黒鉛構造体の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３ないし請求項１８のうちのいずれか１項に記載の黒鉛構造体の製造方法を用いた黒鉛ヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛構造体、黒鉛ヒータ、黒鉛構造体の製造方法および黒鉛ヒータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、黒鉛材料は、耐熱性、化学的安定性を有しているので、高温炉の構造部材として広く用いられている。黒鉛の３重点は、圧力、温度とも高く、常圧では溶融することなく昇華する性質を備えている。
このため、黒鉛は溶接することができず、複雑形状の構造部材は、切削加工によるか、接合により得られている。切削加工で構造部材を得る場合には、一体的な構造部材が得られるので、高強度の構造部材が得られる代わりに材料歩留まりが悪いといった問題がある。
【０００３】
特許文献１には、接合による黒鉛ヒータが紹介されている。接合による黒鉛ヒータでは、もともと別の部材であるので、使用温度の上昇や、使用時間の長期化すると、変形、クリープが生じることにより、接合部に歪み、変形が集中し、接合部に隙間ができることが記載されている。
さらに、黒鉛ヒータとして使用される場合、接合部で放電が起こり、亀裂や破損が生じることが記載されている。
これを解消するために、特許文献１に記載の黒鉛ヒータでは、可撓性膨張黒鉛シートを介して部材をボルトで固定することにより、部材間の隙間を無くし、部材間の放電、接合部に発生する熱を抑えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている可撓性膨張黒鉛シートを挟んでボルトで接合する方法は、ボルトによってのみ固定されているので一体的な構造部材と比べ大幅に強度が低下する。
さらに、可撓性膨張黒鉛シートを常に圧縮するように締め付けなければならず、ボルトには常に張力をかけていなければならない。
このため、破壊強度は、ボルトにかかっている張力の分を減じて考慮しなければならず、強い強度が得られる接合方法ではないという問題がある。
【０００６】
また、部材間には、膨張黒鉛シートが挟まれており、膨張黒鉛シートは、面方向に結晶の六角網面が広がった特徴を有しているので、厚み方向には電気抵抗が高い材料である。
このため、部材間に空隙がある場合より電気抵抗を下げる効果はあるものの、膨張黒鉛シートの厚み分の抵抗によって発熱しやすくなるといった問題がある。
さらに、ボルトによって凹部を有する部材を締め込むように接合されているため、ボルトと、凹部壁面との間には空隙を有し、電気抵抗を高める原因の１つとなっている。
【０００７】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、電気抵抗が低く、高強度の接合を実現する黒鉛構造体、黒鉛ヒータ、黒鉛構造体の製造方法および黒鉛ヒータ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】
【０００８】
本発明の黒鉛構造体は、略円柱形状の第１黒鉛部材と、前記第１黒鉛部材に同軸配置され、前記第１黒鉛部材よりも小径、かつ、外周面に凹凸が設けられた小径部と、前記小径部が挿入可能であって、略円柱形状の空間を囲む凹部が端面に設けられ、前記第１黒鉛部材に対して前記凹部が同軸連結された第２黒鉛部材と、前記小径部の外周面および前記凹部の内周面間に介装された周面炭素系接着部とを備え、前記小径部の最大直径寸法と前記凹部の内径寸法とが等しいものである。
【０００９】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記第１黒鉛部材および前記小径部が一体的に形成されているものである。
【００１０】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記凹部の内周面に凹凸が設けられているものである。
【００１１】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記小径部の外周面に第１の溝が設けられているものである。
【００１２】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記第１の溝が螺旋状に設けられているものである。
【００１３】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記凹部の内周面に第２の溝が複数列設けられているものである。
【００１４】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記各第２の溝が螺旋状に設けられているものである。
【００１５】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記周面炭素系接着部は、前記小径部の外周面および前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方が削られた骨材が含まれているものである。
【００１６】
また、本発明の黒鉛構造体は、互いに対向する前記第１黒鉛部材の端面および前記第２黒鉛部材の端面が端面炭素系接着部を介して接合されているものである。
【００１７】
また、本発明の黒鉛構造体は、前記周面炭素系接着部および前記端面炭素系接着部が同一材質であるものである。
【００１８】
さらに、本発明の黒鉛構造体は、前記周面炭素系接着部および前記端面炭素系接着部のうちの少なくとも一方がコプナ樹脂の炭化物であるものである。
【００１９】
本発明の黒鉛ヒータは、前述したいずれかに記載の黒鉛構造体を用いたものである。
【００２０】
本発明の黒鉛構造体の製造方法は、略円柱形状の第１黒鉛部材および略円柱形状の空間を囲む凹部を端面に有する第２黒鉛部材とを、前記第１黒鉛部材に対して凹部を同軸配置させる黒鉛構造体の製造方法であって、前記第１黒鉛部材よりも小径、かつ、外周面に凹凸が設けられた小径部を前記第１黒鉛部材の端面に同軸配置するとともに、前記第２黒鉛部材の端面の凹部は前記小径部が挿入可能、かつ、前記小径部の最大直径寸法よりも小さな内径寸法を有し、前記小径部の外周面および前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方に周面炭素系接着材を塗布する周面炭素系接着材塗布工程を行った後、前記小径部の外周面および前記凹部の内周面のうちの少なくとも一方を削りながら前記小径部を前記凹部に挿入させる挿入工程を行い、次いで、前記第１黒鉛部材および前記第２黒鉛部材を加熱することにより、前記周面炭素系接着材を炭素化させることにより硬化させて周面炭素系接着部を形成する熱処理工程を行うものである。
【００２１】
また、本発明の黒鉛構造体の製造方法は、あらかじめ前記小径部の外周面に第１の溝を螺旋状に設けておくものである。
【００２２】
また、本発明の黒鉛構造体の製造方法は、あらかじめ前記凹部の内周面に複数列の第２の溝を設けておくものである。
【００２３】
また、本発明の黒鉛構造体の製造方法は、前記各第２の溝を螺旋状に形成しておくものである。
【００２４】
また、本発明の黒鉛構造体の製造方法は、互いに対向する前記第１黒鉛部材の端面および前記第２黒鉛部材の端面のうちの少なくとも一方に端面炭素系接着材を塗布する端面炭素系接着材塗布工程を前記熱処理工程の以前に行うものである。
【００２５】
さらに、本発明の黒鉛構造体の製造方法は、前記周面炭素系接着材および前記端面炭素系接着材のうちの少なくとも一方がコプナ樹脂であるものである。
【００２６】
本発明の黒鉛ヒータの製造方法は、前述したいずれかに記載の黒鉛構造体の製造方法を用いたものである。
【発明の効果】
【００２７】
第１黒鉛部材および第２黒鉛部材は切削加工によって形状加工されるが、加工する刃の摩耗、材料の変形などにより厳密に小径部の外径及び凹部の内径を揃えて加工することは困難である。
本発明では、一旦、第１黒鉛部材の小径部の最大直径寸法を、第２黒鉛部材の凹部に挿入可能だが凹部の内径よりも大きく形成し、互いに表面の凹凸を摩擦しながら挿入するように構成する。
第１黒鉛部材と第２黒鉛部材は共に材質が黒鉛であるので、第１黒鉛部材と第２黒鉛部材とが干渉する凹凸部分は摩耗によって削られながら挿入され、第１黒鉛部材の小径部の外径と、第２黒鉛部材の凹部の内径が等しくすることができる。
【００２８】
小径部の外周面および凹部の内周面間には、周面炭素系接着部が介装されている。また、小径部の外周面には第１の溝が形成されている。
第１黒鉛部材と第２黒鉛部材は共に材質が黒鉛であるので、摩擦によって削られ黒鉛粒子が生じるが、削られた黒鉛粒子は第１の溝に保持される。また、第１の溝には塗布された周面炭素系接着部が保持されており、生じた黒鉛粒子は周面炭素系接着部と混ざって骨材として機能する。
【００２９】
周面炭素系接着部は、内部に含まれる樹脂が硬化、炭素化を経て形成される。周面炭素系接着部は、硬化する前に一旦軟化する。軟化した周面炭素系接着部は多孔質である第１黒鉛部材及び第２黒鉛部材に吸収されるとともに周面炭素系接着部が寸法収縮する。寸法収縮すると、第１黒鉛部材及び第２黒鉛部材が互いに動きやすくなり、硬化途中の周面炭素系接着部に亀裂が生じやすくなる。しかし、第１黒鉛部材の小径部の外径と、第２黒鉛部材の凹部の内径が等しくなっているので互いに動きにくい上に、第１黒鉛部材の小径部と、第２黒鉛部材の凹部と接触する部分には周面炭素系接着部を形成しにくい。
このため、周面炭素系接着部の寸法収縮の影響を受けにくく強固な黒鉛構造体を提供することができる。また、第１黒鉛部材の小径部と、第２黒鉛部材の凹部が、周面炭素系接着部を介することなく直接接触するので第１黒鉛部材と第２黒鉛部材との間の接触抵抗を小さくすることができ、電気抵抗を低くできる。
【００３０】
本発明の黒鉛ヒータは、上述した黒鉛構造体を用いるので、第１黒鉛部材の小径部の外径と、第２黒鉛部材の凹部の内径が等しくなる。
このため、第１黒鉛部材の小径部と、第２黒鉛部材の凹部が周面炭素系接着部を介することなく直接接触するので第１黒鉛部材と第２黒鉛部材との間の接触抵抗を小さくすることができ、電気抵抗が低く、高強度の接合を実現する黒鉛ヒータを提供することができる。
【００３１】
本発明の黒鉛構造体の製造方法では、第２黒鉛部材の凹部の内径は、第１黒鉛部材の小径部の最大外径より小さい。
このため、第１黒鉛部材の小径部を第２黒鉛部材の凹部に挿入する際に、小径部の外周面または凹部の内周面を削りながら挿入されるので、第１黒鉛部材の小径部と第２黒鉛部材の凹部は、互いに直接接触することができる。
また、第１黒鉛部材の小径部は外周面に螺旋状の第１の溝を有しているので、挿入する際に削られて生じた黒鉛粒子は、第１の溝に保持された周面炭素系接着材と混ざり、骨材として機能する。周面炭素系接着材は、内部に含まれる樹脂が硬化、炭素化を経て周面炭素系接着部が形成される。
【００３２】
周面炭素系接着材は、硬化する前に一旦軟化する。軟化した周面炭素系接着材は多孔質である第１黒鉛部材及び第２黒鉛部材に吸収されるとともに周面炭素系接着材が寸法収縮する。寸法収縮すると、第１黒鉛部材及び第２黒鉛部材が互いに動きやすくなり、硬化途中の周面炭素系接着材に亀裂が生じやすくなる。しかし、第１黒鉛部材の小径部の外径と、第２黒鉛部材の凹部の内径が等しくなっているので互いに動きにくい上に、第１黒鉛部材の小径部と、第２黒鉛部材の凹部と接触する部分には炭素系接着材が層を形成しにくい。
このため、炭素系接着材の寸法収縮の影響を受けにくく強固な黒鉛構造体の製造方法を提供することができる。また、第１黒鉛部材の小径部と、第２黒鉛部材の凹部が、周面炭素系接着部を介することなく直接接触するので第１黒鉛部材と第２黒鉛部材との間の接触抵抗を小さくすることができ、電気抵抗を低くできる。
【００３３】
また、本発明の黒鉛ヒータの製造方法は、上述した黒鉛構造体の製造方法を用いている。
すなわち、第２黒鉛部材の凹部の内径は、小径部の最大外径より小さい。
このため、第１黒鉛部材の小径部を第２黒鉛部材の凹部に挿入する際に、小径部の外周面または凹部の内周面を削りながら挿入されるので、第１黒鉛部材の小径部と第２黒鉛部材の凹部は、互いに直接接触することができる。
これにより、第１黒鉛部材と第２黒鉛部材との間の接触抵抗を小さくすることができ、電気抵抗が低く、高強度の接合を実現する黒鉛ヒータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）は本発明に係る第１実施形態の黒鉛構造体を示す分解斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）中Ｂ−Ｂ位置の断面図
【図２】（Ａ）は第１黒鉛部材と第２黒鉛部材を接合する前の小径部と凹部との関係を示す断面図であり、（Ｂ）は小径部を凹部に挿入する状態の断面図
【図３】第１黒鉛部材と第２黒鉛部材との接合部の断面図
【図４】小径部の外周面の凹凸を示すグラフ
【図５】小径部の最大直径寸法と凹部の内径寸法との重なり量に対する曲げ強度を示すグラフ
【図６】小径部の最大直径寸法と凹部の内径寸法との重なり量に対する曲げ強度のワイブル係数を示すグラフ
【図７】黒鉛構造体を用いた黒鉛ヒータの一例を示す斜視図
【図８】黒鉛構造体を用いた黒鉛ヒータの別の例を示す斜視図
【図９】（Ａ）は本発明に係る第２実施形態の黒鉛構造体を示す分解斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）中Ｂ−Ｂ位置の断面図
【図１０】（Ａ）は本発明に係る第３実施形態の黒鉛構造体を示す分解斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）中Ｂ−Ｂ位置の断面図
【図１１】（Ａ）は第１黒鉛部材の小径部と第２黒鉛部材の凹部との関係を示す断面図であり、（Ｂ）は小径部を凹部に挿入する状態を示す断面図
【図１２】（Ａ）は本発明に係る第４実施形態の黒鉛構造体を示す分解斜視図であり、（Ｂ）は結合した黒鉛構造体の（Ａ）中Ｂ−Ｂ位置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１実施形態）
≪黒鉛構造体≫
以下、本発明に係る第１実施形態の黒鉛構造体について、図面を用いて説明する。
図１（Ａ）および図（Ｂ）に示すように、第１実施形態の黒鉛構造体１０Ａは、第１黒鉛部材２０と、第２黒鉛部材３０を有する。
第１黒鉛部材２０は、黒鉛材料を略円柱形状に形成したものであり、第１黒鉛部材先端面（端面）２１に、同軸配置された小径部２２が一体的に形成されている。小径部２２は、第１黒鉛部材２０の外径よりも小径の円柱形状を呈しており、外周面２２１に凹凸２３が設けられている。
【００３６】
また、第２黒鉛部材３０は、黒鉛材料を略円柱形状に形成したものであり、第２黒鉛部材先端面（端面）３１に、同軸配置された略円柱形状の空間を囲む凹部３２を有する。凹部３２の内周面３２１にも、凹凸３３を設けることが望ましい。
なお、第２黒鉛部材３０は、ここでは略円柱形状の場合を図示して説明するが、後述するように板状の場合も可能である。
【００３７】
小径部２２の外周面２２１に設ける凹凸２３は、種々の態様が可能であり、限定するものではない。図４には、小径部２２の外周面２２１の凹凸２３の測定結果の一例が示されている。Ｙ軸の０点の位置は、相対的のもので特別な意味がなく、小径部の最大直径寸法は、最大値をとる位置を基準に定義される。
凹凸２３は、例えば、周方向に沿って円形や楕円形状に設けた溝を、長手方向に沿って複数個平行に設けることができる。あるいは、溝を外周面２２１に沿って螺旋形状に設けることができる。
【００３８】
なお、以下の説明においては、凹凸２３として螺旋形状の第１の溝２３１を設けた場合について主に説明する。
螺旋形状の第１の溝２３１は、複数本の螺旋を平行に設けたり、複数本の螺旋を交差させて設けることができる。また、螺旋の回転方向は特に限定されず、進行方向に対し右回り、左回りいずれでも利用することができる。
また、螺旋状の第１の溝２３１は、条数は特に限定されない。１条であっても、２条あるいはそれ以上の条数であっても良い。第１の溝２３１が螺旋状であるので、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に挿入する際に、隣り合う二つの第１の溝２３１が形成する突起部分が常に凹部３２の入口側の端部に接触する。
このため、挿入する際に必要な力に変動が少なく、突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【００３９】
第１の溝２３１の断面形状は特に限定されない。三角形の溝、半円形の溝、台形の溝、矩形の溝などどのようなものでも良い。
また、小径部２２の外周面には、周面炭素系接着材２４１が塗布された周面炭素系接着部２４が設けられている。
【００４０】
小径部２２の外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１の深さは特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましい。第１の溝２３１の深さが５μｍ以上であると第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０の気孔内部に吸収されても十分な強度を維持できるだけの周面炭素系接着材２４１を溝に保持することができる。第１の溝２３１の深さが５００μｍ以下であると、小径部２２に十分な太さを確保することができるので、引っ張り応力がかかっても応力集中が小さく、小径部２２が折損しにくくすることができる。
第１の溝２３１は、小径部２２の外周面２２１の全面に形成されていることが好ましい。第１の溝２３１が小径部２２の全面に形成されていると、第１の溝２３１に保持された周面炭素系接着材２４１がいずれの箇所でも第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０を接合することができるので、高強度の接合をした黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
【００４１】
図１（Ｂ）に示すように、第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２は、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と等しい。ここで、最大直径寸法Ｄ１とは、凹凸２３の最も外側であり、例えば凹凸２３が山および谷を有する場合には、山の頂点を結ぶ外径を云う。なお、小径部２２の長さＬ１は、凹部３２の深さＬ２よりも短い。
これは次のように形成される。
すなわち、一般に黒鉛材料は切削加工によって形状加工される。このため、加工する刃の摩耗、材料の変形などにより厳密に小径部２２の最大直径寸法Ｄ１及び凹部３２の内径寸法Ｄ２を揃えて加工することは困難である。
【００４２】
このため、図２（Ａ）に示すように、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１を、第２黒鉛部材３０の凹部３２に挿入可能だが凹部３２の内径寸法Ｄ２よりも大きく形成し、互いに表面を摩擦しながら挿入するように構成する。
図６には、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と凹部３２の内径寸法Ｄ２の差と曲げ強度との関係が示されている。ここで、横軸の１００μｍとは、小径部２２と凹部３２との重なり量、すなわち、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１が凹部３２の内径寸法Ｄ２よりも１００μｍ大きいことを示す。同様に、１０μｍは、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１が凹部３２の内径寸法Ｄ２よりも１０μｍ大きい。また、−１００μｍとは、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１が凹部３２の内径寸法Ｄ２がよりも１００μｍ小さいことを示す。
その結果、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と凹部３２の内径寸法Ｄ２の差が１０μｍのときに、曲げ強度のワイブル係数が最大となり、強度的に最も有利になることがわかった。
【００４３】
図２（Ｂ）に示すように、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０は共に材質が黒鉛であるので、小径部２２を凹部３２に挿入する際に、小径部２２と凹部３２とが干渉する部分は摩耗しながら挿入され、摩擦によって削られて黒鉛粒子ＢＰが生じる。
削られた黒鉛粒子ＢＰは、第１の溝２３１に保持され、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と、凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなる。削られた黒鉛粒子ＢＰは、骨材として周面炭素系接着部２４に含まれる。
【００４４】
周面炭素系接着材２４１は、内部に含まれる樹脂が硬化し、炭素化を経て周面炭素系接着部２４を形成する。周面炭素系接着材２４１は、硬化する前に一旦軟化する。軟化した周面炭素系接着材２４１は、多孔質である第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０に吸収されるとともに、周面炭素系接着材２４１が寸法収縮する。
寸法収縮すると、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０が互いに動きやすくなり、硬化途中の周面炭素系接着材２４１に亀裂が生じやすくなる。しかし、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と、第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなっているので摩擦を生じ互いに動きにくい。
さらに、第１黒鉛部材２０の小径部２２と、第２黒鉛部材３０の凹部３２とが接触する部分には、周面炭素系接着材２４１が層を形成しにくいので、周面炭素系接着材２４１の寸法収縮の影響を受けにくく強固な黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
【００４５】
図３に示すように、第１黒鉛部材２０の第１黒鉛部材先端面２１および第２黒鉛部材３０の第２黒鉛部材先端面３１が、端面炭素系接着材２５１からなる端面炭素系接着部２５を介して接合されるのが好ましい。
ここで、第１黒鉛部材先端面２１は、小径部２２の周囲の端面である。また、第２黒鉛部材先端面３１は、凹部３２の周囲の端面である。
なお、端面炭素系接着材２５１は、第１黒鉛部材先端面２１に塗布しても良いし、第２黒鉛部材先端面３１に塗布しても良い。また、両方に塗布することも可能である。
【００４６】
第１黒鉛部材先端面２１と第２黒鉛部材先端面３１とが、端面炭素系接着材２５１からなる端面炭素系接着部２５を介して接合されることによって、より高強度の接合が実現できる。
また、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と凹部３２の内径寸法Ｄ２が同じになるので、端面炭素系接着部２５および周面炭素系接着部２４がなくても、摩擦力によって第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とが強固に固定されている。
【００４７】
このため、端面炭素系接着材２５１が硬化、炭素化し端面炭素系接着部２５となる過程で、第１黒鉛部材先端面２１と第２黒鉛部材先端面３１にずれが生じにくく、硬化途中の端面炭素系接着材２５１に亀裂を生じにくくすることができる。
これにより、端面炭素系接着部２５の強度低下を起こしにくく、高強度の接合を実現することができる。
【００４８】
周面炭素系接着部２４と端面炭素系接着部２５は、同一材質であることが好ましい。周面炭素系接着部２４と端面炭素系接着部２５が同一材質であるとは、同じ炭素系接着材を用いて形成したものであればよい。
同じ炭素系接着材を用いて、周面炭素系接着部２４と端面炭素系接着部２５を形成すると、硬化の挙動が同じであるので同じ条件で硬化、炭素化することができ、強度の劣化を小さくすることができる。
【００４９】
また、周面炭素系接着部２４及び前記端面炭素系接着部２５はコプナ樹脂の炭化物であることが好ましい。コプナ樹脂は脱水縮合反応によって炭素原子と直接結びつくことができるので高強度の黒鉛構造体を得ることができる。
【００５０】
第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０に用いる黒鉛材料は、特に限定されないが押出黒鉛、等方性黒鉛が好ましい。これらの黒鉛材料は、耐熱性が高いので、高強度の接合と組み合わせることによって高強度の黒鉛構造体を提供することができる。
中でも、第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０に用いる黒鉛材料には、等方性黒鉛を用いることが好ましい。等方性黒鉛は、組織が細かく特に高強度であるので、高強度の接合と組み合わせることによってさらに高強度の黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
【００５１】
≪黒鉛ヒータ≫
図７および図８には、前述した黒鉛構造体１０Ａを用いた黒鉛ヒータの一例が示されている。
図７に示すように、黒鉛ヒータ５０Ａは、発熱体５１とコネクタ５２とを組み合わせて構成されている。
例えば、発熱体５１が前述した第１黒鉛部材２０に該当し、コネクタ５２が板状ではあるが前述した第２黒鉛部材３０に該当するものである。
従って、発熱体５１とコネクタ５２との接合部５３は、前述した第１黒鉛部材２０の小径部２２と第２黒鉛部材３０の凹部３２との接合が適用される。
なお、発熱体５１同士の接合部５４においては、一方の発熱体５１を第１黒鉛部材２０と見なし、他方の発熱体５１を第２黒鉛部材３０と見なすことにより、同様に考えることができる。
【００５２】
図８に示すように、黒鉛ヒータ５０Ｂは、発熱体５５とコネクタ５６とを組み合わせて構成されている。
例えば、発熱体５５は板状だが前述した第２黒鉛部材３０に該当し、コネクタ５６が前述した第１黒鉛部材２０に該当するものである。
従って、発熱体５５とコネクタ５６との接合部５７は、前述した第１黒鉛部材２０の小径部２２と第２黒鉛部材３０の凹部３２との接合が適用される。
【００５３】
以上説明したような黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂにおいては、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０を接合する周面炭素系接着部２４に用いる周面炭素系接着材２４１は、硬化を経て炭素化している固相炭素化した物質である。
これに対し、第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０を構成する黒鉛材料は、ピッチが液相のまま炭素化した液相炭素化した物質である。液相炭素化は炭素原子が自由に再配列しながら炭素化していく炭素化のプロセスであるので、結晶化度が高く、低抵抗の黒鉛材料が得られやすい。
【００５４】
しかしながら、周面炭素系接着部２４は固相炭素化によって得られているので、結晶化度が高めにくく、低い抵抗が得られにくい。このため、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなって、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０が直接接する。
これにより、周面炭素系接着部２４が発熱しにくく、黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂとして好適に利用することができる。
なお、黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂの黒鉛材料は特に限定されない。押出黒鉛、等方性黒鉛などを利用することができる。中でも等方性黒鉛は、固有抵抗の異方性が小さいので、ヒータ設計時に電流の流れる方向の考慮が不要であるので黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂとして好適に利用できる。
【００５５】
≪黒鉛構造体の製造方法≫
次に、黒鉛構造体の製造方法について説明する。
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、黒鉛構造体１０Ａは、凹部３２を有する第２黒鉛部材３０に、小径部２２を有する第１黒鉛部材２０が接続されて形成される。
まず、図１（Ｂ）に示すように、第１黒鉛部材２０よりも小径、かつ、外周面２２１に凹凸２３が設けられた小径部２２を、第１黒鉛部材２０の第１黒鉛部材先端面２１に同軸配置する。また、第２黒鉛部材３０の第２黒鉛部材先端面３１に、小径部２２が挿入可能な凹部３２を設ける。
小径部２２は、外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１を有し、凹部３２は、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１より小さく、小径部２２の平均直径より大きい内径寸法Ｄ２を有する。
【００５６】
次いで、周面炭素系接着材塗布工程において、小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１のうちの少なくとも一方に周面炭素系接着材２４１を塗布する。
その後、挿入工程において、小径部２２を凹部３２に挿入する。その際、両者の摩擦力により小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１のうちの少なくとも一方を削りながら挿入する（図２（Ｂ）参照）。
そして、熱処理工程において、第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０を加熱することにより、周面炭素系接着材２４１を炭素化させることにより硬化させて周面炭素系接着部２４を形成する（図３参照）。
【００５７】
小径部２２の平均直径とは、小径部２２の外周面２２１の内側部分と同一体積と同一高さの円柱の直径のことである。即ち、体積基準の平均直径である。
小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と比較して第１の溝２３１の深さが圧倒的に小さい場合、近似的に中心軸で分割される小径部２２の外周面２２１が形成する輪郭の内側部分と同一面積と同一高さの長方形の幅（径方向の長さ）とすることができる。
【００５８】
第１黒鉛部材２０の小径部２２は、円柱形状である。円柱形状の小径部２２には、外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１を有している。第１の溝２３１は、複数の環状の溝、螺旋状の溝などを用いることができる。
螺旋状の溝の場合、回転方向は特に限定されず、進行方向に対し右回り、左回りいずれでも利用することができる。また、螺旋状の溝の場合、条数は特に限定されない。１条であっても、２条あるいはそれ以上の条数であっても良い。
中でも螺旋状の溝の場合には、第１黒鉛部材２０を第２黒鉛部材３０に挿入する際に、常に隣り合う二つの第１の溝２３１が形成する突起部分が凹部３２の入口側の端部に接触している。
このため、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【００５９】
小径部２２の外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１の形状は特に限定されない。三角形の溝、半円形の溝、台形の溝、矩形の溝などどのようなものでも良い。
複数列の第１の溝２３１は、どのような方法でも製造することができ特に限定されない。例えば、旋盤で旋削することにより形成することができる。旋削で形成する場合、旋削チップを固定し複数回に分けて加工することにより、複数の環状の溝を形成することができ、旋削チップを動かしながら加工することにより、螺旋状の溝を形成することができる。
【００６０】
小径部２２の外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１の深さは、特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましい。第１の溝２３１の深さが５μｍ以上であると、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０の気孔内部に吸収されても十分な強度を維持できるだけの周面炭素系接着材２４１を第１の溝２３１に保持することができる。第１の溝２３１の深さが５００μｍ以下であると、小径部２２に十分な太さを確保することができるので、引っ張り応力がかかっても応力集中が小さく、小径部２２が折損しにくくすることができる。
複数列の第１の溝２３１は、小径部２２の外周面２２１の全面に形成されていることが好ましい。複数列の第１の溝２３１が小径部２２の全面に形成されていると、第１の溝２３１に保持された周面炭素系接着部２４がいずれの箇所でも第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０を接合することができるので、高強度の接合をした黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
【００６１】
第２黒鉛部材３０の凹部３２は、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１より小さく、小径部２２の平均直径より大きい内径寸法Ｄ２を有する。
これは以下の理由による。
黒鉛材料は切削加工によって形状加工される。このため、加工する刃の摩耗、材料の変形などにより厳密に小径部２２の最大直径寸法Ｄ１及び凹部３２の内径寸法Ｄ２を揃えて加工することは困難である。
【００６２】
このため、本発明の製造方法では、一旦第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１を、第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２よりも大きく形成し、互いに表面を摩擦しながら挿入するように構成する（図１（Ｂ）参照）。
第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０は共に材質が黒鉛であるので、摩擦によって削られ黒鉛粒子ＢＰが生じるが、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とが干渉する部分は摩耗しながら挿入される（図２（Ｂ）参照）。
このとき削られた黒鉛粒子ＢＰは、第１の溝２３１に保持され、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と、第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなり、互いに直接接触することができる。
【００６３】
周面炭素系接着材２４１は、内部に含まれる樹脂が硬化、炭素化を経て周面炭素系接着部２４が形成される。周面炭素系接着材２４１は、硬化する前に一旦軟化する。軟化した周面炭素系接着材２４１は多孔質である第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０に吸収されるとともに周面炭素系接着材２４１が寸法収縮する。
寸法収縮すると、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０が互いに動きやすくなり、硬化途中の周面炭素系接着材２４１に亀裂が生じやすくなるが、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と、第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなっているので摩擦で互いに動きにくい。
その上、第１黒鉛部材２０の小径部２２と、第２黒鉛部材３０の凹部３２とが接触する部分には周面炭素系接着材２４１が層を形成しにくいので、周面炭素系接着材２４１の寸法収縮の影響を受けにくく強固な黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
【００６４】
また、周面炭素系接着部２４は、第１の溝２３１の内部にあって凹部３２と小径部２２とを接続することができる。周面炭素系接着部２４は、熱硬化性樹脂、ピッチなどを含有する炭素系接着材の炭化物が利用できる。
これらの炭素系接着材は、液状で塗布され硬化を経て炭素化される。このため、周面炭素系接着材２４１は、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを接続することができる。また、硬化前の周面炭素系接着材２４１は液状であるので、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０の気孔内部に浸透し、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０の直接接合する部位の接合を補強することができる。
【００６５】
周面炭素系接着部２４は、第１黒鉛部材２０の小径部２２の外周面２２１または第２黒鉛部材３０の凹部３２の内周面３２１が削られた黒鉛粒子ＢＰを骨材として含んでいることが好ましい。
黒鉛構造体１０Ａでは、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１は、第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２より大きい。このため、挿入する際には互いに表面を摩擦しながら挿入することとなる。
第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０は共に材質が黒鉛であるので、摩擦によって削られ黒鉛粒子ＢＰが生じるが、生じた黒鉛粒子ＢＰは小径部２２の外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１に捕らえられ、底に滞留する。
【００６６】
また、第１の溝２３１には塗布された周面炭素系接着材２４１が保持されており、生じた黒鉛粒子ＢＰは周面炭素系接着材２４１と混ざり、骨材として機能することができる。また、削られて形成した黒鉛粒子ＢＰは、もともと小径部２２と凹部３２との間で形成されたものであるので、周面炭素系接着材２４１に添加され外部から供給される骨材よりも粒子径が大きくても周面炭素系接着部２４に含有させることができる。
このため、周面炭素系接着材２４１の寸法収縮を小さくする作用を小さくすることができる。
【００６７】
第１黒鉛部材２０は、第１黒鉛部材先端面２１を有し、第２黒鉛部材３０は、第２黒鉛部材先端面３１を有する。
端面炭素系接着材塗布工程において、第１黒鉛部材先端面２１または第２黒鉛部材先端面３１に、端面炭素系接着材２５１を塗布することが好ましい。端面炭素系接着材塗布工程は、熱処理工程の前に行う。
第１黒鉛部材先端面２１と、第２黒鉛部材先端面３１とが、端面炭素系接着材２５１が硬化及び炭素化した端面炭素系接着部２５を介して接着されるので、より高強度の接合を実現する黒鉛構造体１０Ａの製造方法を提供することができる。
【００６８】
また、第１黒鉛部材２０の小径部２２は外周面２２１を周回する複数列の第１の溝２３１を有する。第２黒鉛部材３０の凹部３２は、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１より小さく、小径部２２の平均直径より大きい内径寸法Ｄ２を有する。
このため、挿入工程においては、小径部２２の外周面２２１または凹部３２の内周面３２１を削りながら凹部３２に小径部２２を挿入するので、端面炭素系接着部２５および周面炭素系接着部２４がなくても摩擦力によって第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とが強固に固定される。
【００６９】
このため、第１黒鉛部材先端面２１と第２黒鉛部材先端面３１との間に挟まれた端面炭素系接着材２５１が硬化、炭素化して端面炭素系接着部２５となる過程で、第１黒鉛部材先端面２１と第２黒鉛部材先端面３１にずれが生じにくく、硬化途中の端面炭素系接着材２５１に亀裂を生じにくくすることができる。
これにより、端面炭素系接着部２５の強度低下を起こしにくく、高強度の接合を実現する黒鉛構造体１０Ａを得ることができる。
【００７０】
小径部２２または凹部３２に塗布する周面炭素系接着材２４１と、第１黒鉛部材先端面２１または第２黒鉛部材先端面３１に塗布する端面炭素系接着材２５１とは、同一であることが好ましい。
周面炭素系接着材２４１と、端面炭素系接着材２５１とが同一であると、硬化の挙動が同じであるので同じ条件で硬化、炭素化することができ、強度の劣化を小さくすることができる。
【００７１】
黒鉛構造体１０Ａの製造方法の炭素系接着材はコプナ樹脂であることが好ましい。コプナ樹脂は、焼成後炭素質となり、この炭化収率が５０％以上と高く、さらに脱水縮合反応によって炭素原子と化学結合を形成できる樹脂であるので高強度の黒鉛構造体１０Ａを得ることができる。
【００７２】
黒鉛構造体の製造方法の第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０に用いる黒鉛材料は、特に限定されないが押出黒鉛、等方性黒鉛が好ましい。これらの黒鉛材料は、耐熱性が高いので、高強度の接合と組み合わせることによって高強度の黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
中でも、第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０に用いる黒鉛材料には、等方性黒鉛を用いることが好ましい。等方性黒鉛は、組織が細かく特に高強度であるので、高強度の接合と組み合わせることによってさらに高強度の黒鉛構造体１０Ａを提供することができる。
【００７３】
≪黒鉛ヒータの製造方法≫
黒鉛ヒータの製造方法には、上述した黒鉛構造体の製造方法を適用することができる。上述した黒鉛構造体の製造方法で得られる黒鉛構造体１０Ａは、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなるので、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０が直接接することができる。
第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０を接合する周面炭素系接着部２４に用いる周面炭素系接着材２４１は、硬化を経て炭素化している固相炭素化した物質である。
【００７４】
これに対し、第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０を構成する黒鉛材料は、ピッチが液相のまま炭素化した液相炭素化した物質である。液相炭素化は炭素原子が自由に再配列しながら炭素化していく炭素化のプロセスであるので、結晶化度が高く、低抵抗の黒鉛材料が得られやすい。
しかしながら、周面炭素系接着部２４は固相炭素化によって得られているので、結晶化度が高めにくく、低い抵抗が得られにくい。このため、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と第２黒鉛部材３０の凹部３２の内径寸法Ｄ２が等しくなって、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０が直接接するので、周面炭素系接着部２４が発熱しにくく黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂとして好適に利用することができる。
また、黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂの黒鉛材料は特に限定されない。押出黒鉛、等方性黒鉛などを利用することができる。中でも等方性黒鉛は、固有抵抗の異方性が小さいので、ヒータ設計時に電流の流れる方向の考慮が不要であるので黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂとして好適に利用できる。
【００７５】
次に、黒鉛構造体の作用効果について説明する。
黒鉛構造体１０Ａは、略円柱形状の第１黒鉛部材２０と、第１黒鉛部材２０に同軸配置された小径部２２と、第１黒鉛部材２０に対して同軸連結された略円柱形状の第２黒鉛部材３０と、を有する。小径部２２は、第１黒鉛部材２０よりも小径で、かつ、外周面２２１に凹凸２３が設けられている。
また、第２黒鉛部材３０は、小径部２２が挿入可能な凹部３２が第２黒鉛部材先端面３１に設けられている。
そして、小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１間には、周面炭素系接着部２４が介装されるとともに、凹部３２の内径寸法Ｄ２は、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１と等しい。
【００７６】
このため、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に押し込むと、小径部２２の外周面２２１の凹凸２３が擦れて削れて圧入され、第１黒鉛部材２０の小径部２２と第２黒鉛部材３０とが等しくなり直接接触するようになる。
また、小径部２２の外周面２２１と凹部３２の内周面３２１とが、削れた黒鉛の粉と周面炭素系接着部２４により密着して接着される。
これにより、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、電気抵抗が低く、高強度で接合することができる。
【００７７】
また、黒鉛構造体１０Ａは、第１黒鉛部材２０および小径部２２が一体的に形成されているので、小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に接合することにより、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを確実に接合することができる。
【００７８】
また、黒鉛構造体１０Ａは、凹部３２の内周面３２１にも凹凸３３が設けられているので、小径部２２の外周面２２１の凹凸２３と同様に擦れて削れ、周面炭素系接着材２４１により結合される。
【００７９】
また、黒鉛構造体１０Ａは、小径部２２の外周面２２１に第１の溝２３１が設けられているので、十分な強度を維持できるだけの周面炭素系接着材２４１を、第１の溝２３１に保持することができる。
また、第１の溝２３１に保持された周面炭素系接着材２４１がいずれの箇所でも第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０を接合することができるので、高強度の接合を行うことができる。
【００８０】
また、黒鉛構造体１０Ａは、第１の溝２３１が螺旋状に設けられている。このため、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に挿入する際に、常に隣り合う二つの第１の溝２３１が形成する突起部分が、凹部３２の入口側の端部に接触する。
これにより、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【００８１】
また、黒鉛構造体１０Ａでは、周面炭素系接着部２４には、小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１のうちの少なくとも一方が削られた骨材が含まれている。
すなわち、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に挿入する際には、互いに表面を摩擦しながら挿入するので、摩擦によって削られ黒鉛粒子ＢＰが生じる。生じた黒鉛粒子ＢＰは小径部２２の第１の溝２３１に捕らえられ、底に滞留する。
また、第１の溝２３１には塗布された周面炭素系接着材２４１が保持されており、生じた黒鉛粒子ＢＰは周面炭素系接着材２４１と混ざり、骨材として機能する。
このため、接着力を強化することができる。
【００８２】
また、黒鉛構造体１０Ａは、第１黒鉛部材２０の第１黒鉛部材先端面２１と第２黒鉛部材３０の第２黒鉛部材先端面３１とを、端面炭素系接着部２５を介して接合した。
これにより、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、強力に接合できる。
【００８３】
また、黒鉛構造体１０Ａは、周面炭素系接着部２４および端面炭素系接着部２５に、同じ炭素系接着材を用いたので、硬化の挙動が同じであり、同じ条件で硬化、炭素化することができ、強度の劣化を小さくすることができる。
【００８４】
また、黒鉛構造体１０Ａは、周面炭素系接着部２４および端面炭素系接着部２５のうちの少なくとも一方にコプナ樹脂の炭化物を用いた。
コプナ樹脂は脱水縮合反応によって炭素原子と直接結びつくことができるので高強度の黒鉛構造体１０Ａを得ることができる。
【００８５】
次に、黒鉛ヒータの作用効果について説明する。
黒鉛ヒータ５０Ａ、５０Ｂは、前述した黒鉛構造体１０Ａを用いて形成される。
これにより、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に押し込むと、小径部２２の外周面２２１の凹凸２３が擦れて削れるので、第１黒鉛部材２０の小径部２２と第２黒鉛部材３０の凹部３２とが直接接触する。
また、小径部２２の外周面２２１と凹部３２の内周面３２１とが、削れた黒鉛の粉と周面炭素系接着部２４により密着して接着される。
これにより、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、電気抵抗が低く、高強度で接合することができる。
【００８６】
次に、黒鉛構造体の製造方法の作用効果について説明する。
黒鉛構造体の製造方法は、第１黒鉛部材２０の第１黒鉛部材先端面２１に、第１黒鉛部材２０よりも小径、かつ、外周面２２１に凹凸２３が設けられた小径部２２を同軸配置する。また、第２黒鉛部材３０の第２黒鉛部材先端面３１に、小径部２２が挿入可能、かつ、小径部２２の最大直径寸法Ｄ１よりも小さな内径寸法Ｄ２を有する凹部３２を設ける。
【００８７】
そして、周面炭素系接着材塗布工程において、小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１のうちの少なくとも一方に周面炭素系接着材２４１を塗布する。
その後、挿入工程において、小径部２２の外周面２２１および凹部３２の内周面３２１のうちの少なくとも一方を削りながら小径部２２を凹部３２に挿入させる。
次いで、熱処理工程において、第１黒鉛部材２０および第２黒鉛部材３０を加熱することにより、周面炭素系接着材２４１を炭素化させることにより硬化させて、周面炭素系接着部２４を形成する。
【００８８】
このため、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に押し込むと、小径部２２の外周面２２１の凹凸２３または凹部３２の内周面３２１の凹凸３３が擦れて削れて圧入される。
これにより、第１黒鉛部材２０の小径部２２と第２黒鉛部材３０の凹部３２の内周面３２１とが直接接触する。また、小径部２２の外周面２２１と凹部３２の内周面３２１とが、削れた黒鉛の粉と周面炭素系接着部２４により密着して接着される。
これにより、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、電気抵抗が低く、高強度で接合することができる。
【００８９】
また、黒鉛構造体の製造方法は、あらかじめ小径部２２の外周面２２１に第１の溝２３１を螺旋状に設けておく。
このため、第１黒鉛部材２０の小径部２２を第２黒鉛部材３０の凹部３２に挿入する際に、常に隣り合う二つの第１の溝２３１が形成する突起部分が、凹部３２の入口側の端部に接触している。
これにより、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【００９０】
また、黒鉛構造体の製造方法は、互いに対向する第１黒鉛部材２０の第１黒鉛部材先端面２１および第２黒鉛部材３０の第２黒鉛部材先端面３１のうちの少なくとも一方に端面炭素系接着材２５１を塗布する端面炭素系接着材塗布工程を熱処理工程の以前に行う。
このため、第１黒鉛部材先端面２１と第２黒鉛部材先端面３１とを、端面炭素系接着部２５を介して接合するので、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、強力に接合することができる。
【００９１】
また、黒鉛構造体の製造方法は、周面炭素系接着材２４１および端面炭素系接着材２５１のうちの少なくとも一方にコプナ樹脂を用いた。
コプナ樹脂は脱水縮合反応によって炭素原子と直接結びつくことができるので高強度の黒鉛構造体１０Ａを得ることができる。
【００９２】
次に、黒鉛ヒータの製造方法の作用効果について説明する。
黒鉛ヒータの製造方法は、前述したいずれかに記載の黒鉛構造体の製造方法を用いたので、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０とを、電気抵抗が低く、高強度で接合することができる。
【００９３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の黒鉛構造体について説明する。
なお、前述した第１実施形態の黒鉛構造体１０Ａと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、第２実施形態の黒鉛構造体１０Ｂでは、小径部２２Ｂが第１黒鉛部材２０Ｂと別体で設けられている。第１黒鉛部材２０Ｂの第１黒鉛部材先端面２１には、第２黒鉛部材３０の凹部３２と同様の第１黒鉛部材凹部２６が設けられている。従って、第１黒鉛部材凹部２６の内径寸法は、小径部２２の最大直径寸法よりも小さい。
第１黒鉛部材凹部２６の内周面２６１には、凹部３２の凹凸３３と同様の凹凸２７が設けられている。
なお、小径部２２Ｂと第２黒鉛部材３０との関係は、第１実施形態の黒鉛構造体１０Ａと同様である。
【００９４】
従って、黒鉛構造体１０Ｂを製造する際には、まず、小径部２２Ｂを第１黒鉛部材２０Ｂの第１黒鉛部材凹部２６に挿入して接合する。
その後は、第１実施形態における黒鉛構造体の製造方法と同様の製造方法によって、黒鉛構造体１０Ｂを製造する。
【００９５】
このように構成しても、前述した第１実施形態の黒鉛構造体１０Ａと同様の作用、効果を得ることができる。
【００９６】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の黒鉛構造体について説明する。
なお、前述した第１実施形態の黒鉛構造体１０Ａおよび第２実施形態の黒鉛構造体１０Ｂと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、第３実施形態の黒鉛構造体１０Ｃでは、凹部３２の内周面３２１に、凹凸３３として複数列の螺旋状の第２の溝３３１を設けた。複数列の第２の溝３３１は、二重螺旋形状に設けられている。
【００９７】
このため、第１黒鉛部材２０を第２黒鉛部材３０Ｃに挿入する際に、常に隣り合う二つの溝が形成する突起部分が凹部３２の入口側の端部に接触している。このため、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
なお、第１の溝２３１および第２の溝３３１を螺旋形状の溝とする場合には、第１の溝２３１と第２の溝３３１とが螺合しないように、螺旋の形状（ピッチや角度）や、螺旋の向き等を異なるものとする。ここでは、第２の溝３３１は、二重螺旋形状となっているので、第１の溝２３１は、その一方の螺旋とも螺合しないようにする。
【００９８】
また、第２の溝３３１の内部にも、周面炭素系接着材２４１を塗布した周面炭素系接着部２４を設けることが好ましい。
これにより、周面炭素系接着部２４は、第１の溝２３１および第２の溝３３１の内部にあって、凹部３２と小径部２２とを接続することができる。
【００９９】
周面炭素系接着部２４は、熱硬化性樹脂、ピッチなどを含有する炭素系接着材の炭化物が利用できる。これらの炭素系接着材は、液状で塗布され硬化を経て炭素化される。このため、第２の溝３３１の内部にある周面炭素系接着材２４１は、第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０Ｃとを接続することができる。
また、硬化前の周面炭素系接着材２４１は液状であるので、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０Ｃの気孔内部に浸透し、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０Ｃの直接接合する部位の接合を補強することができる。
【０１００】
第２の溝３３１の断面形状は特に限定されない。三角形の溝、半円形の溝、台形の溝、矩形の溝などどのようなものでも良い。
第２の溝３３１の深さは特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましい。第２の溝３３１の深さが５μｍ以上であると、第１黒鉛部材２０及び第２黒鉛部材３０Ｃの気孔内部に吸収されても十分な強度を維持できるだけの周面炭素系接着材２４１を第２の溝３３１に保持することができる。
【０１０１】
第２の溝３３１の深さが５００μｍ以下であると、凹部３２の外側の第２黒鉛部材３０Ｃに十分な断面積を確保することができるので、引っ張り応力がかかっても応力集中が小さくなり、凹部３２を折損しにくくすることができる。
第２の溝３３１は、凹部３２の内周面の全面に形成されていることが好ましい。複数列の第２の溝３３１が凹部３２の全面に形成されていると、第２の溝３３１に保持された周面炭素系接着部２４がいずれの箇所でも第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０Ｃを接合することができるので、高強度の接合をした黒鉛構造体１０Ｃを提供することができる。
【０１０２】
周面炭素系接着部２４には、第１黒鉛部材２０の小径部２２の外周面または第２黒鉛部材３０Ｃの凹部３２の内周面が削られた黒鉛粒子ＢＰを骨材として含んでいることが好ましい。黒鉛構造体１０Ｃでは、第１黒鉛部材２０の小径部２２の最大直径寸法Ｄ１が、第２黒鉛部材３０Ｃの凹部３２の内径寸法Ｄ２よりも大きい。
このため小径部２２を凹部３２に挿入する際には、互いに表面を摩擦しながら挿入することとなる。第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０Ｃは共に材質が黒鉛であるので、摩擦によって削られ黒鉛粒子ＢＰが生じるが、生じた黒鉛粒子ＢＰは凹部３２の内周面３２１を周回する複数列の第２の溝３３１に捕らえられ、底に滞留する。
【０１０３】
また、第２の溝３３１には塗布された周面炭素系接着材２４１が保持されており、生じた黒鉛粒子ＢＰは周面炭素系接着材２４１と混ざり、骨材として機能することができる。また、削られて形成した黒鉛粒子ＢＰはもともと小径部２２と凹部３２との間で形成されたものであるので、周面炭素系接着材２４１に添加され外部から供給される骨材よりも粒子径が大きくても周面炭素系接着部２４に含有させることができる。このため、周面炭素系接着材２４１の寸法収縮を小さくする作用を小さくすることができる。
【０１０４】
第２黒鉛部材３０Ｃの凹部３２は、凹凸３３として内周面３２１を周回する複数列の第２の溝３３１を有し、周面炭素系接着部２４はさらに第２の溝３３１の内部にも有していることが好ましい。
第２の溝３３１は、二重螺旋形状をしているので、第１黒鉛部材２０を第２黒鉛部材３０Ｃに挿入する際に、常に隣り合う二つの第２の溝３３１が形成する突起部分が、小径部２２の先端面に接触している。
このため、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【０１０５】
以上、説明した第３実施形態の黒鉛構造体１０Ｃによれば、凹部３２の内周面３２１には、第２の溝３３１が複数設けられているので、十分な強度を維持できるだけの周面炭素系接着材２４１を第２の溝３３１に保持することができる。
また、第２の溝３３１に保持された周面炭素系接着材２４１がいずれの箇所でも第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０Ｃを接合することができるので、高強度の接合を行うことができる。
【０１０６】
また、黒鉛構造体１０Ｃでは、第２の溝３３１は、螺旋状に設けられている。このため、第１黒鉛部材２０を第２黒鉛部材３０Ｃに挿入する際に、常に隣り合う二つの第２の溝３３１が形成する突起部分が、小径部２２の入口側の端部に接触する。
これにより、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【０１０７】
また、黒鉛構造体の製造方法では、あらかじめ凹部３２の内周面３２１に複数の第２の溝３３１を設けておく。
このため、凹部３２の内周面３２１には、第２の溝３３１が複数設けられているので、十分な強度を維持できるだけの周面炭素系接着材２４１を第２の溝３３１に保持することができる。
また、第２の溝３３１に保持された周面炭素系接着材２４１が、いずれの箇所でも第１黒鉛部材２０と第２黒鉛部材３０Ｃを接合するので、高強度の接合を行うことができる。
【０１０８】
また、黒鉛構造体の製造方法では、各第２の溝３３１を螺旋状に形成する。
このため、第１黒鉛部材２０を第２黒鉛部材３０Ｃに挿入する際に、常に隣り合う二つの第２の溝３３１が形成する突起部分が、小径部２２の入口側の端部に接触する。
これにより、挿入する際に必要な力に変動が少なく突起部分に大きな欠けを生じにくくすることができる。
【０１０９】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態の黒鉛構造体について説明する。
なお、前述した第１実施形態の黒鉛構造体１０Ａないし第３実施形態の黒鉛構造体１０Ｃと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、第４実施形態の黒鉛構造体１０Ｄでは、第１黒鉛部材２０Ｄおよび第２黒鉛部材３０Ｄが、円管状の中空部材となっている。小径部２２Ｄも中空部材となっている。また、凹部３２の底面３２２にも開口が設けられている。
従って、黒鉛構造体１０Ｄの中心部には、中空部２８が長手方向に連続して設けられており、全体が円管状となっている。
【０１１０】
このように構成しても、第１実施形態ないし第３実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。
さらに、黒鉛構造体１０Ｄは、管状部材としての使用も可能となる。
【０１１１】
本発明の黒鉛構造体、黒鉛ヒータ、黒鉛構造体の製造方法および黒鉛ヒータの製造方法は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、電気抵抗が低く、高強度の接合を実現する黒鉛構造体、黒鉛ヒータ、黒鉛構造体の製造方法および黒鉛ヒータの製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【０１１３】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  黒鉛構造体
２０、２０Ｂ、２０Ｄ  第１黒鉛部材
２１  第１黒鉛部材先端面（端面）
２２、２２Ｂ、２２Ｄ  小径部
２２１  外周面
２３  凹凸
２３１  第１の溝
２４  周面炭素系接着部
２４１  周面炭素系接着材
２５  端面炭素系接着部
２５１  端面炭素系接着材
３０、３０Ｄ  第２黒鉛部材
３１  第２黒鉛部材先端面（端面）
３２  凹部
３２１  内周面
３３  凹凸
３３１  第２の溝
５０Ａ、５０Ｂ  黒鉛ヒータ
Ｄ１  最大直径寸法
Ｄ２  内径寸法
【図１】
2015030626.tif 000003
【図２】
2015030626.tif 000004
【図３】
2015030626.tif 000005
【図４】
2015030626.tif 000006
【図５】
2015030626.tif 000007
【図６】
2015030626.tif 000008
【図７】
2015030626.tif 000009
【図８】
2015030626.tif 000010
【図９】
2015030626.tif 000011
【図１０】
2015030626.tif 000012
【図１１】
2015030626.tif 000013
【図１２】
2015030626.tif 000014