特開 2015-218086 グラファイトシート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-218086(P2015-218086A)

(43)【公開日】2015年12月7日

(54)【発明の名称】グラファイトシート

(51)【国際特許分類】

   C01B 31/04 20060101AFI20151110BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20151110BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20151110BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20151110BHJP

   C09K 5/08 20060101ALI20151110BHJP

   F02M 25/07 20060101ALI20151110BHJP

【ＦＩ】

   C01B31/04 101A

   H01L23/36 M

   H01L23/36 D

   H05K7/20 A

   C09K5/00 E

   F02M25/07 580E

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-102784(P2014-102784)

(22)【出願日】2014年5月16日

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100128565

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼林 芳孝

(72)【発明者】

【氏名】森 連太郎

(72)【発明者】

【氏名】神谷 純生

(72)【発明者】

【氏名】石井 仁士

(72)【発明者】

【氏名】板倉 清人

(72)【発明者】

【氏名】玉井 康博

(72)【発明者】

【氏名】南 友春

(72)【発明者】

【氏名】三崎 伸也

【テーマコード（参考）】

3G062

4G146

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

3G062AA01

3G062ED08

4G146AA02

4G146AA16

4G146AA17

4G146AB05

4G146AD17

4G146AD20

5E322FA04

5F136BC07

5F136FA14

5F136FA16

5F136FA17

5F136FA18

5F136FA23

(57)【要約】

【課題】ｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができるグラファイトシートを提供する。
【解決手段】グラファイトシート（１０）は、グラファイト製のグラファイト部（１１）を有するグラファイトシートにおいて、グラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するセラミック製の略球状のフィラーであるセラミックフィラー（１２）をグラファイト部（１１）の内部に一つ以上含むことを特徴とする。グラファイトシート（１０）によれば、ｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

グラファイト製のグラファイト部を有するグラファイトシートにおいて、
前記グラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するセラミック製の略球状のフィラーであるセラミックフィラーを前記グラファイト部の内部に一つ以上含むことを特徴とするグラファイトシート。

【請求項2】

前記セラミックはＡｌＮおよびＳｉＣの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のグラファイトシート。

【請求項3】

前記グラファイトシートにおける前記セラミックフィラーの体積パーセントは、３０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１または２に記載のグラファイトシート。

【請求項4】

前記グラファイトシートは、内燃機関の第１部材と前記内燃機関の前記第１部材とは異なる第２部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のグラファイトシート。

【請求項5】

前記第１部材は、前記内燃機関の排気が通過するセラミック製の熱交換体であり、
前記第２部材は、前記熱交換体の外周側に配置された金属部材であり、
前記金属部材は、冷媒が通過する冷媒通路を構成していることを特徴とする請求項４に記載のグラファイトシート。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はグラファイトシートに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、グラファイトがシート状に加工されたグラファイトシートが知られている。このようなグラファイトシートとして、例えば特許文献１には、電子・電気機器における発熱部品の放熱用部品として用いられるグラファイトシートが開示されている。また特許文献１には、グラファイトシートを構成するグラファイトのａ×ｂ面方向の熱伝導率が銅やアルミニウム等の金属の熱伝導率よりも良好である旨が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１６８８８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、グラファイトシートのグラファイトは、複数の炭素原子からなる六角形環が面方向に配向した層がｃ軸方向（ａ×ｂ面方向に垂直な方向）に複数配置された構造を有している。また、隣接する層同士はファンデルワールス力によって結合している。その結果、グラファイトシートにおいてグラファイトの隣接する層と層との間には空隙が存在する。このような構造を有するため、グラファイトシートのｃ軸方向の熱伝導率は良好とはいえなかった。

【0005】

本発明は、ｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができるグラファイトシート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】

【0006】

本発明に係るグラファイトシートは、グラファイト製のグラファイト部を有するグラファイトシートにおいて、前記グラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するセラミック製の略球状のフィラーであるセラミックフィラーを前記グラファイト部の内部に一つ以上含むことを特徴とする。

【0007】

本発明に係るグラファイトシートによれば、グラファイト部の内部に含まれた略球状のセラミックフィラーによって、ｃ軸方向への熱の伝導を促進させることができる。それにより、グラファイトシートのｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができる。

【0008】

上記構成において、前記セラミックはＡｌＮおよびＳｉＣの少なくとも一方を含んでいてもよい。ＡｌＮおよびＳｉＣはセラミックの中でも特に熱伝導率が良好である。したがって、この構成によればグラファイトシートのｃ軸方向の熱伝導率を効果的に向上させることができる。

【0009】

上記構成において、前記グラファイトシートにおける前記セラミックフィラーの体積パーセントは、３０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％であってもよい。ｃ軸方向の熱伝導率を向上させる観点からはセラミックフィラーの体積パーセントは高い方が好ましいが、セラミックフィラーの体積パーセントが高過ぎた場合、グラファイトシートの可撓性が悪化し、その結果、グラファイトシートの成形時にグラファイトシートに亀裂が発生する可能性がある。これに対して、この構成によれば、グラファイトシートの成形時の亀裂の発生を抑制しつつｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができる。

【0010】

上記構成において、前記グラファイトシートは、内燃機関の第１部材と前記内燃機関の前記第１部材とは異なる第２部材との間に配置されていてもよい。この構成によれば、内燃機関の第１部材と第２部材との間の熱伝導率を向上させることができる。

【0011】

上記構成において、前記第１部材は、前記内燃機関の排気が通過するセラミック製の熱交換体であり、前記第２部材は、前記熱交換体の外周側に配置された金属部材であり、前記金属部材は、冷媒が通過する冷媒通路を構成していてもよい。この構成によれば、グラファイトシートによって熱交換体の熱を効果的に金属部材に伝導することができる。その結果、熱交換体の熱を効果的に冷媒通路の冷媒によって冷却することができる。それにより、排気の冷却性能を向上させることができる。また、この構成によれば、熱交換体および金属部材が熱膨張した場合であっても、熱交換体の熱膨張率と金属部材の熱膨張率との相違によって生じる熱交換体への応力集中をグラファイトシートによって緩和することができる。それにより、熱交換体に亀裂が発生することを抑制できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、ｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができるグラファイトシートを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１（ａ）は実施例１に係るグラファイトシートの模式図である。図１（ｂ）は、セラミックフィラーの体積パーセントが４０ｖｏｌ％の場合におけるグラファイトシートの一部を拡大した模式的断面図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ部分を拡大した模式的断面図である。

【図2】図２（ａ）は、セラミックフィラーの体積パーセントが３０ｖｏｌ％の場合におけるグラファイトシートの一部を拡大した模式的断面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ部分を拡大した模式的断面図である。

【図3】図３（ａ）はグラファイトシートの熱伝導率の測定結果をまとめたグラフである。図３（ｂ）は、セラミックフィラーの体積パーセントと成形時における亀裂発生の有無との関係を調査した結果を示す図である。

【図4】図４は比較例に係るグラファイトシートのグラファイトの層構造を示す模式図である。

【図5】図５は実施例２に係る内燃機関の模式図である。

【図6】図６（ａ）は実施例２に係るＥＧＲクーラの模式的断面図である。図６（ｂ）は熱交換体の模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

【実施例1】

【0015】

本発明の実施例１に係るグラファイトシート１０について説明する。図１（ａ）はグラファイトシート１０の模式図である。本実施例に係るグラファイトシート１０は、ｔμｍの厚さを有するシート形状を有している。なお、グラファイトシート１０において、厚さ方向はグラファイトのｃ軸方向と一致している。また、これ以降の説明において、グラファイトシート１０のｃ軸方向と称した場合、特段の断りがない限り、グラファイトシート１０のグラファイトのｃ軸方向を意味することとする。

【0016】

本実施例において、グラファイトシート１０の厚さ（ｔ）は、一例として２５０μｍである。但し、グラファイトシート１０の厚さはこれに限定されるものではない。グラファイトシート１０の厚さは、例えば以下の観点で設定すればよい。具体的には、グラファイトシート１０を例えば内燃機関の第１部材と第２部材との間に配置して使用する場合、グラファイトシート１０の厚さが薄い方が、グラファイトシート１０が間に配置された第１部材と第２部材との間の熱伝導率を小さくできる点で好ましい。一方、グラファイトシート１０の厚さが薄過ぎた場合、グラファイトシート１０の厚さ方向の弾性変形量が小さくなってしまう。その結果、第１部材と第２部材との間に配置されたグラファイトシート１０のクッション性が悪化してしまう。そこで、グラファイトシート１０の厚さは、このような熱伝導率とクッション性とのバランスを考慮して適切な値を設定すればよい。

【0017】

図１（ｂ）はグラファイトシート１０の一部を拡大した模式的断面図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ部分を拡大した模式的断面図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して、グラファイトシート１０は、グラファイト部１１を有している。このグラファイト部１１の主成分（最も多い成分）はグラファイトである。すなわち、グラファイト部１１はグラファイト製である。なお、グラファイト部１１は、グラファイトを主成分とするものであればよく、グラファイト以外の成分を含んでいてもよい。

【0018】

またグラファイトシート１０は、グラファイト部１１の内部に、セラミック製のフィラー（混合物）であるセラミックフィラー１２を一つ以上含んでいる。具体的には本実施例に係るグラファイトシート１０は、セラミックフィラー１２を複数含んでいる。また本実施例において、複数のセラミックフィラー１２は、グラファイトシート１０の内部に分散するように配置されている。また本実施例において、複数のセラミックフィラー１２の大部分は、その全体がグラファイト部１１の内部に埋設されている。なお、本実施例において、セラミックフィラー１２とグラファイト部１１との間には樹脂等は配置されていない。そのため、各々のセラミックフィラー１２は、グラファイト部１１を構成するグラファイトに接している。

【0019】

また本実施例において、セラミックフィラー１２の形状は略球状である。なお、略球状とは、およそ球に見える形状であればよく、その具体的な形状は特に限定されるものではない。また、本実施例において略球状には、アスペクト比（長辺の長さを短辺の長さで除した値）が１のもの、すなわち真球も含まれている。この略球状の好ましい数値例を挙げると、例えばアスペクト比が２（これは、長辺の長さ÷短辺の長さ＝２を意味している）以下のものが好ましい。なお、本実施例に係るセラミックフィラー１２のアスペクト比は約１である。

【0020】

セラミックフィラー１２の材質であるセラミックとしては、グラファイト部１１を構成するグラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するセラミックを用いる。ここで、本実施例に係るグラファイトのｃ軸方向の熱伝導率は、一例として約５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。そのため、本実施例に係るセラミックフィラー１２のセラミックとしては、約５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも熱伝導率の高いセラミックを用いる。

【0021】

また、セラミックフィラー１２のセラミックは、できるだけ高い熱伝導率を有することが好ましく、またできるだけ安価であることが好ましい。グラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するセラミック群の中において、比較的高い熱伝導率を有し且つ比較的安価であるセラミックの具体例として、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックを挙げることができる。そのため、セラミックフィラー１２のセラミックは、これらのセラミックから選択されることが好ましい。

【0022】

ここで、上述したＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３等のうち、ＡｌＮおよびＳｉＣは特に熱伝導率が良好である。したがって、セラミックフィラー１２のセラミックは、ＡｌＮ（窒化アルミ）およびＳｉＣ（炭化珪素）の少なくとも一方を含むセラミックであることが好ましい。この具体例を挙げると、例えば複数のセラミックフィラー１２は、ＡｌＮを含むセラミック（これはＡｌＮを主成分とするものであればよく、ＡｌＮ以外の成分を含んでいてもよい）からなるセラミックフィラーによって構成されていてもよい。あるいは、複数のセラミックフィラー１２は、ＳｉＣを含むセラミック（これはＳｉＣを主成分とするものであればよく、ＳｉＣ以外の成分を含んでいてもよい）からなるセラミックフィラーによって構成されていてもよい。あるいは複数のセラミックフィラー１２は、ＡｌＮを含むセラミックからなるセラミックフィラーと、ＳｉＣを含むセラミックからなるセラミックフィラーとの両方を含んでいてもよい。あるいは複数のセラミックフィラー１２の中には、ＡｌＮとＳｉＣとが混ざり合って一つの略球状のセラミックフィラーとなったもの（つまり、一つのセラミックフィラー１２のセラミックがＡｌＮおよびＳｉＣを含むもの）が含まれていてもよい。なお、本実施例においては、グラファイトシート１０に含まれる複数のセラミックフィラー１２のセラミックは、全てＡｌＮを主成分としたセラミックである。

【0023】

グラファイトシート１０におけるセラミックフィラー１２の体積パーセントは特に限定されるものではないが、本実施例においては、３０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内となっている。なお、図１（ｂ）に図示されているグラファイトシート１０におけるセラミックフィラー１２の体積パーセントは、４０ｖｏｌ％である。３０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内の他の体積パーセントの具体例として、３０ｖｏｌ％の場合の模式的断面図を示すと、次のようになる。図２（ａ）は、セラミックフィラー１２の体積パーセントが３０ｖｏｌ％の場合におけるグラファイトシート１０の一部を拡大した模式的断面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ部分を拡大した模式的断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、セラミックフィラー１２の体積パーセントが３０ｖｏｌ％の場合においても、セラミックフィラー１２はグラファイト部１１の内部に分散するように配置されている。

【0024】

セラミックフィラー１２の粒径は、小さ過ぎた場合、セラミックフィラー１２によってグラファイトシート１０に層間剥離（層と層との間で剥離すること）が生じる可能性がある。また、粒径が大き過ぎた場合、セラミックフィラー１２の可撓性が悪化し、その結果、セラミックフィラー１２の成形時においてセラミックフィラー１２に亀裂が発生する可能性がある。セラミックフィラー１２の粒径が１０μｍ〜３００μｍの範囲内にあれば、このような層間剥離および亀裂の発生を抑制することができる。そこで、セラミックフィラー１２の粒径は１０μｍ〜３００μｍの範囲内にあることが好ましい。なお、図１（ｂ）および図２（ａ）に図示されているセラミックフィラー１２の粒径は、この１０μｍ〜３００μｍの範囲内に収まっている。

【0025】

グラファイトシート１０の具体的な製造方法は特に限定されるものではないが、本実施例に係るグラファイトシート１０は、例えば次の方法で製造することができる。まず、所定の平均粒径を有するセラミックフィラー１２の原材料（本実施例ではＡｌＮ）をグラファイトの粉末に混合した混合粉を準備する。次いで、この混合粉をフェルト状に成形する（これを予備成形体と称する）。この予備成形体に対して、ロールシート成形等の圧延加工を施す。その結果、グラファイトシート１０が得られる。なお、圧延時における圧延ロール間のギャップは、圧延加工の進行に従って、段階的に狭くすることが好ましい。圧延ロール間ギャップを段階的に狭くすることにより、圧延加工時において（すなわち成形時において）グラファイトシート１０に亀裂が発生することを効果的に抑制できるからである。

【0026】

続いて、本実施例に係るグラファイトシート１０の作用効果について説明する。但し、この説明の前に、前述した本発明が解決しようとする課題について、図を用いて詳細に説明すると次のようになる。図４は、比較例に係るグラファイトシート２００のグラファイトの層構造を示す模式図である。グラファイトシート２００は、セラミックフィラー１２を含んでいない点において、本実施例に係るグラファイトシート１０と異なっている。すなわち、グラファイトシート２００は、その全てがグラファイト部１１によって構成されているグラファイトシートである。なお、本実施例に係るグラファイトシート１０も、グラファイト部１１におけるグフラファイトの構造は、図４と同様な層構造になっている。

【0027】

グラファイトシート２００のグラファイトは、複数の層２０１がｃ軸方向（ｃ軸に沿った方向）に配置された構造を有している。またグラファイトシート２００において、各々の層２０１は、複数の炭素原子２０２からなる六角形環２０３がａ×ｂ面内（ａ軸およびｂ軸を含む面）において配向している。グラファイトシート２００において、グラファイトのｃ軸方向はグラファイトシート２００の厚さ方向と一致しており、グラファイトのａ×ｂ面方向（ａ×ｂ面に沿った方向）はグラファイトシート２００の表面に沿った方向と一致している。グラファイトシート２００において、隣接する層２０１同士は、ファンデルワールス力によって結合している。そのため、グラファイトシート２００において、隣接する層２０１と層２０１との間には、空隙が存在している。

【0028】

このような構造を有することにより、グラファイトシート２００は、ａ×ｂ面方向においては、熱を効果的に伝導することが可能である。そのため、グラファイトシート２００のａ×ｂ面方向の熱伝導率は良好である。具体的な数値例を挙げると、グラファイトシート２００のａ×ｂ面方向の熱伝導率は約２００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。一方、グラファイトシート２００は、ｃ軸方向においては、隣接する層２０１間に空隙があるため、熱を効果的に伝導することが困難である。このため、グラファイトシート２００のｃ軸方向の熱伝導率は良好とはいえず、具体的な数値例を挙げると約５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。

【0029】

これに対して、本実施例に係るグラファイトシート１０によれば、グラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するセラミック製の略球状のセラミックフィラー１２をグラファイト部１１の内部に含んでいることから、このセラミックフィラー１２によってｃ軸方向への熱の伝導を促進させることができる。それにより、グラファイトシート１０のｃ軸方向の熱伝導率（具体的には、グラファイトのｃ軸方向におけるグラファイトシート１０全体の熱伝導率）を向上させることができる。

【0030】

なお、本実施例においてグラファイトシート１０は、複数のセラミックフィラー１２を含んでいるが、グラファイトシート１０の構成はこれに限定されるものではない。例えば、グラファイトシート１０は、一つのセラミックフィラー１２のみを含んでいてもよい。この場合においても、グラファイトシート１０がセラミックフィラー１２を全く含んでいない場合に比較して、グラファイトシート１０のｃ軸方向の熱伝導率を向上させることは可能である。但し、グラファイトシート１０がセラミックフィラー１２を複数含む場合の方がセラミックフィラー１２を一つのみ含む場合に比較して、ｃ軸方向の熱伝導率をより効果的に向上できる点で好ましい。

【0031】

また、本実施例に係るセラミックフィラー１２のセラミックは、熱伝導率が良好なＡｌＮを含むことから、本実施例に係るグラファイトシート１０によれば、ｃ軸方向の熱伝導率を効果的に向上させることができる。なお、セラミックフィラー１２のセラミックがＳｉＣを含む場合においても、ＳｉＣはＡｌＮと同様に良好な熱伝導率を有するため、ＡｌＮの場合と同様に、ｃ軸方向の熱伝導率を効果的に向上させることができる。

【0032】

図３（ａ）は、グラファイトシート１０の熱伝導率の測定結果をまとめたグラフである。具体的には図３（ａ）は、セラミックフィラー１２の体積パーセントが０ｖｏｌ％のグラファイトシート（これは前述した比較例に係るグラファイトシート２００に相当する）と、３０ｖｏｌ％のグラファイトシート１０と、４０ｖｏｌ％のグラファイトシート１０とについて、ｃ軸方向の熱伝導率を測定した結果をグラフ化したものである。ｃ軸方向の熱伝導率は、具体的にはレーザーフラッシュ法によって測定した。なお、このセラミックフィラー１２のセラミックは、ＡｌＮを主成分とするセラミックである。またこのセラミックフィラー１２の平均粒径は約５０μｍである。

【0033】

図３（ａ）に示すように、体積パーセントが０ｖｏｌ％の場合、熱伝導率はａ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。なお、ａは０よりも大きい値である。これに対して、体積パーセントが３０ｖｏｌ％の場合、熱伝導率は１．３ａ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））となっており、体積パーセントが０ｖｏｌ％の場合よりも１．３倍も熱伝導率が向上している。さらに、体積パーセントが４０ｖｏｌ％の場合、熱伝導率は１．８ａ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））となっており、体積パーセントが０ｖｏｌ％の場合よりも１．８倍も熱伝導率が向上している。

【0034】

この図３（ａ）から、グラファイトシート１０がグラファイト部１１の内部に略球状のセラミックフィラー１２を含むことにより、グラファイトシート１０のｃ軸方向の熱伝導率を向上できることが証明された。また、図３（ａ）から、セラミックフィラー１２のセラミックがＡｌＮの場合、このセラミックフィラー１２を４０ｖｏｌ％含むだけで、ｃ軸方向の熱伝導率を１．８倍（すなわち約２倍）も向上できることが分る。また、図３（ａ）から、セラミックフィラー１２の体積パーセントを増加させるほど、グラファイトシート１０のｃ軸方向の熱伝導率を増加できることも分る。なお、図３（ａ）のグラフは前述したようにセラミックフィラー１２のセラミックがＡｌＮの場合の測定結果に基づいて作成したものであるが、セラミックフィラー１２のセラミックがＡｌＮ以外の場合であっても、このセラミックの熱伝導率がグラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高いものであれば、セラミックフィラー１２の体積パーセントを増加させるほどグラファイトシート１０のｃ軸方向の熱伝導率を増加させることは可能である。

【0035】

ところで、上述したように、セラミックフィラー１２の体積パーセントを増加させるほどグラファイトシート１０のｃ軸方向の熱伝導率を増加できるため、ｃ軸方向の熱伝導率を向上させる観点からは、セラミックフィラー１２の体積パーセントは高い方が好ましい。しかしながら、セラミックフィラー１２の体積パーセントが高過ぎた場合、グラファイトシート１０の可撓性が悪化する可能性がある。このようにグラファイトシート１０の可撓性が悪化した場合、グラファイトシート１０を成形する際にグラファイトシート１０に亀裂が生じる可能性が高くなる。

【0036】

図３（ｂ）は、このセラミックフィラー１２の体積パーセントと成形時における亀裂発生の有無との関係を調査した結果を示す図である。図３（ｂ）から、セラミックフィラー１２の体積パーセントが６０ｖｏｌ％を超えた場合、グラファイトシート１０の成形時（具体的には本実施例では圧延時）にグラファイトシート１０に亀裂が発生することが分る。したがって、成形時の亀裂の発生を抑制する観点からは、セラミックフィラー１２の体積パーセントは６０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。グラファイトシート１０の成形時の亀裂の発生を抑制しつつｃ軸方向の熱伝導率が特に良好なセラミックフィラー１２の体積パーセントの具体的な数値を挙げると、３０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内が好ましい。なお、前述したように本実施例に係るセラミックフィラー１２の体積パーセントはこの範囲内に含まれている。すなわち、本実施例に係るグラファイトシート１０によれば、グラファイトシート１０の成形時の亀裂の発生を抑制しつつｃ軸方向の熱伝導率を向上させることができる。

【0037】

また、グラファイトシート１０は、ｃ軸方向の熱伝導率が良好であるのみならず、グラファイト部１１のグラファイトの特性に起因して、可撓性、圧縮されたときの復元性（圧縮復元性）、酸および塩基に対する耐食性等も良好である。そのため、グラファイトシート１０は、このような優れた性能を活用できるような種々の用途に使用することができる。

【実施例2】

【0038】

本発明の実施例２はグラファイトシート１０の使用態様の一例を示す実施例である。具体的には本実施例に係るグラファイトシート１０は、内燃機関５の第１部材と、第１部材とは異なる第２部材との間に配置されて使用されている。この内燃機関５の第１部材および第２部材の一例として、本実施例においては、内燃機関５の排気が通過する部位に設けられた熱交換器の第１部材および第２部材を用いる。より具体的には、本実施例においては、この熱交換器の一例として、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラ４０を用いる。

【0039】

図５は、本実施例に係るグラファイトシート１０を備える内燃機関５の模式図である。図５に示す内燃機関５は車両に搭載されている。内燃機関５の種類は、特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の種々の内燃機関を用いることができる。本実施例においては、内燃機関５の一例としてガソリンエンジンを用いる。内燃機関５は、気筒２１を有する機関本体２０と、気筒２１に吸気を導く吸気通路３０と、気筒２１から排出された排気が通過する排気通路３１とを備えている。なお、機関本体２０は、気筒２１が形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、気筒２１に配置されたピストンとを備えている。本実施例において、気筒２１の数は複数（具体的には４つ）である。但し気筒２１の数はこれに限定されるものではない。

【0040】

また内燃機関５は、前述したＥＧＲクーラ４０を備えるとともに、ＥＧＲ通路６０と、ＥＧＲ通路６０に配置されたＥＧＲバルブ７０と、冷媒供給通路８０と、冷媒排出通路８１とを備えている。なお、ＥＧＲクーラ４０はＥＧＲ通路６０の上流側端部と下流側端部との間の部分（すなわち通路途中）に配置されている。ＥＧＲ通路６０は、排気通路３１の排気の一部を吸気通路３０に再循環させる通路である。具体的には本実施例に係るＥＧＲ通路６０は、吸気通路３０の通路途中と排気通路３１の通路途中とを接続している。これ以降、ＥＧＲ通路６０を通過する排気をＥＧＲガスと称する。ＥＧＲバルブ７０は、制御装置としての機能を有するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の指示を受けてＥＧＲ通路６０を開閉する。ＥＧＲバルブ７０がＥＧＲ通路６０を開閉することで、ＥＧＲガスの流量を調整することができる。

【0041】

ＥＧＲクーラ４０は、冷媒とＥＧＲガスとの間で熱交換をすることで、ＥＧＲガスを冷却する装置である。冷媒供給通路８０は、機関本体２０の内部に形成された冷媒通路（以下、機関本体冷媒通路と称する）の冷媒をＥＧＲクーラ４０に導く冷媒通路である。冷媒排出通路８１は、ＥＧＲクーラ４０の内部を通過した冷媒を機関本体冷媒通路に戻す冷媒通路である。前述したグラファイトシート１０は、このＥＧＲクーラ４０の内部において用いられている。

【0042】

続いてＥＧＲクーラ４０の詳細について説明する。図６（ａ）はＥＧＲクーラ４０の模式的断面図である。本実施例に係るＥＧＲクーラ４０は、前述したグラファイトシート１０に加えて、フランジ４１ａ，４１ｂと、コーンパイプ４２ａ，４２ｂと、ハウジング４３と、ＥＧＲガスが通過する熱交換体５０とを備えている。ハウジング４３は、アウターパイプ４４と、アウターパイプ４４の内側に配置されたインナーパイプ４５とを備えている。本実施例において、フランジ４１ａ，４１ｂ、コーンパイプ４２ａ，４２ｂおよびハウジング４３は金属製である。また、熱交換体５０はセラミック製である。なお、図６（ａ）に図示されている軸線１００は、ハウジング４３および熱交換体５０の中心軸を表す線である。以下、軸線１００に沿った方向を軸線方向と称する。また、図６（ａ）においてＥＧＲガスの流動方向は左から右に向う方向である。これ以降の説明において、上流側および下流側と称した場合、特段の断りがない限りＥＧＲガスの流動方向で上流側および下流側を意味することとする。

【0043】

コーンパイプ４２ａは下流側に行くほど内径が拡径したコーン形状を有している。コーンパイプ４２ｂは下流側に行くほど内径が縮径したコーン形状を有している。フランジ４１ａはコーンパイプ４２ａの上流側の端部に接続している。コーンパイプ４２ａの下流側の端部は、アウターパイプ４４の上流側の端部に接続している。フランジ４１ｂはコーンパイプ４２ｂの下流側の端部に接続している。コーンパイプ４２ｂの上流側の端部は、アウターパイプ４４の下流側の端部に接続している。ＥＧＲクーラ４０は、フランジ４１ａおよびフランジ４１ｂを介してＥＧＲ通路６０に接続している。

【0044】

本実施例において、フランジ４１ａ，４１ｂとコーンパイプ４２ａ，４２ｂとは、溶接によって接続されている。また、コーンパイプ４２ａ，４２ｂとアウターパイプ４４とは溶接によって接続されている。但し、フランジ４１ａ，４１ｂ、コーンパイプ４２ａ，４２ｂおよびアウターパイプ４４の接続手法は、このような溶接による接続に限定されるものではなく、例えば金属ロウ材等によるロウ付け接続等、種々の接続手法を用いることができる。

【0045】

アウターパイプ４４およびインナーパイプ４５は略円筒形状を有するパイプ部材である。但しアウターパイプ４４およびインナーパイプ４５の形状はこれに限定されるものではない。またアウターパイプ４４の両端部は、内側に屈曲してインナーパイプ４５の外周面に接続している。具体的にはアウターパイプ４４の両端部は、インナーパイプ４５の外周面に溶接されている。但し、アウターパイプ４４とインナーパイプ４５との接続手法は、このような溶接による接続手法に限定されるものではなく、例えば金属ロウ材等によるロウ付け接続等、種々の接続手法を用いることができる。

【0046】

アウターパイプ４４の中間部とインナーパイプ４５との間には、冷媒が通過する冷媒通路４６が設けられている。すなわち、本実施例に係るアウターパイプ４４およびインナーパイプ４５は、冷媒通路４６を構成する金属部材としての機能を有している。アウターパイプ４４のうち冷媒通路４６を構成している部分には、冷媒供給口４７および冷媒排出口４８が設けられている。冷媒供給口４７には、図５において前述した冷媒供給通路８０が接続され、冷媒排出口４８には図５において前述した冷媒排出通路８１が接続されている。冷媒供給通路８０を通過した冷媒は、冷媒供給口４７から冷媒通路４６に流入する。冷媒通路４６に流入した冷媒は、冷媒通路４６を通過した後に冷媒排出口４８を通過して冷媒排出通路８１に流入する。なお本実施例において、冷媒通路４６の軸線方向の長さは熱交換体５０の軸線方向の長さよりも長くなっている。その結果、本実施例に係る冷媒通路４６は、熱交換体５０の外周側の全体を覆うように設けられている。

【0047】

本実施例においては、コーンパイプ４２ａ，４２ｂ、フランジ４１ａ，４１ｂおよびハウジング４３（アウターパイプ４４およびインナーパイプ４５）の材質である金属の一例として、ステンレス（ＳＵＳ）を用いる。但し、これらの部材の材質は、ステンレスに限定されるものではなく、他の金属であってもよい。あるいは、コーンパイプ４２ａ，４２ｂ、フランジ４１ａ，４１ｂおよびハウジング４３の材質はセラミックであってもよい。但し、本実施例のようにこれらの部材の材質が金属である場合の方が、セラミックである場合に比較して、溶接やロウ付けによって容易に接合できる点で好ましい。

【0048】

熱交換体５０は、ＥＧＲガスの熱をグラファイトシート１０に伝導させる媒体である。図６（ｂ）は熱交換体５０の模式的断面図である。具体的には図６（ｂ）は、熱交換体５０の軸線方向を法線方向とする面で図６（ａ）の熱交換体５０を切断した断面を模式的に図示している。本実施例に係る熱交換体５０は、ＥＧＲガスが通過する内部ガス通路５１を複数有している。この内部ガス通路５１は、熱交換体５０の外周を構成する外周部材５２の内部が複数の隔壁部材５３によって仕切られることにより形成されている。なお、本実施例において外周部材５２は円筒形状を有しているが、外周部材５２の形状はこれに限定されるものではない。また、本実施例において隔壁部材５３は格子状に配置されているが、隔壁部材５３の配置態様はこれに限定されるものではない。

【0049】

熱交換体５０の材質（具体的には外周部材５２および隔壁部材５３の材質）であるセラミックの具体的な成分は特に限定されるものではないが、ＳｉＣが好ましい。ＳｉＣは、セラミックの中でも良好な熱伝導率を有するとともに、排気に対する耐食性が良好であり、加工性も良好であり、コストも高価でないため、ＥＧＲクーラ４０用の熱交換体５０の材質として特に適しているからである。そこで、本実施例においては、熱交換体５０の材質の一例として、ＳｉＣを成分中に含むセラミックを用いる。このＳｉＣを成分中に含むセラミックの具体例としては、ＳｉＣ（つまりＳｉＣの他に添加物が添加されていないもの）、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ等を用いることができる。本実施例においては、熱交換体５０の材質の一例としてＳｉ含浸ＳｉＣを用いる。

【0050】

グラファイトシート１０は、熱交換体５０の外周とインナーパイプ４５の内周との間に配置されている。すなわち、本実施例に係るグラファイトシート１０は、セラミック製の熱交換体５０（第１部材）と、熱交換体５０の外周側に配置された金属部材であるインナーパイプ４５（第２部材）との間に配置されている。具体的にはグラファイトシート１０は、ｃ軸方向にある第１の面（具体的には内側の面）が熱交換体５０の外周部材５２の外周に接し、ｃ軸方向にある第２の面（具体的には外側の面）がインナーパイプ４５の内周に接するように、熱交換体５０とインナーパイプ４５との間に配置されている。なお、このように配置されたグラファイトシート１０のｃ軸方向は、熱交換体５０からインナーパイプ４５に向かう方向（図６（ａ）において上下方向）と一致している。

【0051】

また本実施例に係るグラファイトシート１０は、熱交換体５０の外周全体を覆うように配置されている。具体的には本実施例に係るグラファイトシート１０は、図１（ａ）で説明したシート状のグラファイトシート１０が、円筒状に丸められて熱交換体５０の外周全体を覆うように配置されたものである。なお、本実施例において、グラファイトシート１０中のセラミックフィラー１２の体積パーセントは４０ｖｏｌ％であるが、セラミックフィラー１２の体積パーセントはこれに限定されるものではない。また本実施例に係るグラファイトシート１０のセラミックフィラー１２の材質はＡｌＮであるが、セラミックフィラー１２の材質もグラファイトのｃ軸方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するものであれば、これに限定されるものではない。

【0052】

ＥＧＲクーラ４０は次のように作用する。まず、熱交換体５０の内部ガス通路５１にＥＧＲガスが流入した場合、ＥＧＲガスの熱は、隔壁部材５３を伝導して外周部材５２に伝導する。外周部材５２に伝導した熱はグラファイトシート１０に伝導する。グラファイトシート１０に伝導した熱はインナーパイプ４５に伝導する。インナーパイプ４５に伝導した熱は、冷媒通路４６の冷媒に奪われる。このようにしてＥＧＲクーラ４０は、ＥＧＲガスの熱を冷媒によって冷却している。

【0053】

本実施例に係るグラファイトシート１０によれば、実施例１で説明したようにｃ軸方向の熱伝導率が向上していることから、このようなグラファイトシート１０が間に配置された内燃機関５の第１部材と第２部材との間の熱伝導率を向上させることができる。具体的には、本実施例においては、この第１部材の一例として、内燃機関５の排気が通過するセラミック製の熱交換体５０、より具体的には内燃機関５のＥＧＲクーラ４０の熱交換体５０を用いている。また本実施例においては、この第２部材の一例として、熱交換体５０の外周側に配置された冷媒通路４６を構成する金属部材、より具体的にはＥＧＲクーラ４０のインナーパイプ４５を用いている。それにより、本実施例に係るグラファイトシート１０によれば、グラファイトシート１０によって熱交換体５０の熱を効果的にインナーパイプ４５に伝導することができる。その結果、熱交換体５０の熱を効果的に冷媒通路４６の冷媒によって冷却することができる。それにより、排気の冷却性能を向上させることができる。

【0054】

また、グラファイトシート１０はグラファイト部１１を有するため、グラファイトシート１０の可撓性および圧縮復元性は良好であり、さらにグラファイトシート１０の表面の摩擦係数も低い。そのため、グラファイトシート１０によれば、熱交換体５０およびインナーパイプ４５が熱膨張した場合であっても、熱交換体５０の熱膨張率とインナーパイプ４５の熱膨張率との相違によって生じる熱交換体５０への応力集中を緩和することができる。それにより、熱交換体５０に亀裂が発生することを抑制できる。このグラファイトシート１０による熱交換体５０への応力集中の緩和効果について、より詳細に説明すると次のようになる。

【0055】

まず、前述したように、グラファイトシート１０の可撓性は金属およびセラミックよりも良好である。その結果、グラファイトシート１０は、ｃ軸方向に対して容易に圧縮できる。そのため、例えばＥＧＲクーラ４０の温度が上昇して熱交換体５０およびインナーパイプ４５が径方向に熱膨張した場合であっても、グラファイトシート１０がｃ軸方向に容易に圧縮されることにより、熱交換体５０の径方向に生じる応力集中を緩和することができる。また、前述したようにグラファイトシート１０の圧縮復元性は、金属およびセラミックよりも良好である。そのため、ＥＧＲクーラ４０の温度が冷えて熱交換体５０およびインナーパイプ４５の径方向の寸法が元に戻った場合には、グラファイトシート１０の厚さも容易に戻ることができる。それにより、熱交換体５０とグラファイトシート１０とインナーパイプ４５との間に隙間が生じることは抑制されている。また、前述したようにグラファイトシート１０の表面の摩擦係数はセラミックおよび金属の摩擦係数よりも低い。そのため、熱交換体５０が軸線方向に熱膨張した場合であっても、熱交換体５０の外周がグラファイトシート１０に対して軸線方向に容易に滑ることができる。それにより、熱交換体５０の軸線方向に生じる応力集中を緩和することができる。

【0056】

また内燃機関５の排気は酸性の成分を含んでいる。さらに内燃機関５の排気は、例えば内燃機関５が高負荷状態の場合には、高温（例えば約７００℃程度）になる場合がある。これに対してグラファイトシート１０は、高温の酸に対する耐食性がステンレス等の金属よりも良好である。そのため、本実施例に係るグラファイトシート１０によれば、高温の排気に対する十分な耐食性を有しつつ、熱交換体５０とインナーパイプ４５との間の熱伝導率を向上させることができる。

【0057】

（変形例）
なお、グラファイトシート１０の用途は、上述したような内燃機関５のＥＧＲクーラ４０に限定されるものではない。例えば、グラファイトシート１０は、前述したように、良好な可撓性および圧縮復元性を有するとともに高温時における耐酸化性も良好であるため、内燃機関５のガスケットとして使用するのにも適している。グラファイトシート１０を内燃機関５のガスケットとして使用する場合、例えばグラファイトシート１０は、内燃機関５のシリンダブロック（すなわち第１部材）とシリンダヘッド（すなわち第２部材）との間に、グラファイトのｃ軸方向がシリンダブロックからシリンダヘッドに向う方向となるように配置される。この場合、グラファイトシート１０によってシリンダブロックとシリンダヘッドとの間からガス、オイル、冷媒等が漏洩することを抑制しつつ、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の熱伝導率を向上させることができる。

【0058】

また、グラファイトシート１０の使用態様は、上述したような内燃機関５の第１部材と第２部材との間に配置される使用態様に限定されるものでもない。例えば、グラファイトシート１０は、電気伝導率も良好なため、この特性を活かした他の用途に使用することもできる。この具体例として、例えばグラファイトシート１０は、電子・電気機器等に使用することもできる。

【0059】

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0060】

５ 内燃機関
１０ グラファイトシート
１１ グラファイト部
１２ セラミックフィラー
４０ ＥＧＲクーラ
４３ ハウジング
４５ インナーパイプ
４６ 冷媒通路
５０ 熱交換体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】