JP2008120668A - グラファイトシートの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】破れや皺の発生を低減できるとともに均一に柔軟化されたグラファイトシートの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】グラファイトシート1を互いに平行な一対の平板2、3で挟み、この平板2、3の摺動により柔軟化を行うことにより、グラファイトシート1両端部の歪を緩和して両端部が破れたり皺が発生するのを低減しつつ柔軟化を行うことができ、柔軟化後のグラファイトシート1の歩留まりを向上することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、放熱部品等に用いられる柔軟性を有するグラファイトシートの製造方法に関するものである。
小型、高性能化が進展する電子機器において、LSIやパワーアンプなどから発する熱を効率よく拡散、放熱するために種々の放熱部品が提案され、用いられている。
特に携帯電話機などのような小型・薄型の電子機器においては、面方向の熱伝導率が100〜1000W/(m・K)と大きく、熱の拡散や放熱に最適な、黒鉛を主成分とするグラファイトシートが用いられている。
グラファイトシートの中でも、特に有機フィルムを高温で熱分解して得られる熱分解グラファイトシートは、熱伝導率が高く、広く用いられるに至っている。
この熱分解グラファイトシートでは、ポリイミドフィルムを2500℃以上で高温熱処理したままのグラファイトシートはやや硬くて柔軟性が乏しいため、圧延ローラー装置を使用して圧延処理し、柔軟化することが提案されている。
なお、本出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2000−16808号公報
上記の熱分解グラファイトシートでは、有機フィルムが熱分解するときに収縮するが、この収縮が有機フィルムの幅方向と長さ方向でやや異なるため、熱分解後のグラファイトシートの両端部分に収縮歪が発生し、シートの両端部分が波打った状態となることがある。
このため上記の特許文献1に記載された方法を用いて圧延ローラーに挟み込んで圧延処理を行った場合に、比較的平坦な部分と波打った部分とが同時に圧延ローラーの狭い間隙を強制的に通過させられるため、平坦な部分と波打った部分との境界でグラファイトシートの一部が破れたり、波打った両端部分が圧延ローラーの回転についていけずに、圧延ローラーにより押し潰されて皺が発生したりして、歩留まりが低下するという課題があった。
そこで本発明のグラファイトシートの製造方法は、熱分解後のグラファイトシートの柔軟化工程において、グラファイトシートの破れや皺の発生を低減して歩留まりを向上することを目的とする。
そしてこの目的を達成するために、本発明のグラファイトシートの製造方法は、有機フィルムを熱分解してグラファイトシートを作製する工程と、この熱分解後のグラファイトシートを柔軟化する柔軟化工程とを有するものであって、この柔軟化工程は、熱分解後のグラファイトシートを互いに平行な一対の平板で挟み、この一対の平板の少なくとも一方をグラファイトシートに対して略平行方向に摺動させることによりグラファイトシートを柔軟化することを特徴とするグラファイトシートの製造方法である。
本発明によれば、グラファイトシートを平板で挟んでこの平板の少なくとも一方を摺動させることにより、熱分解後のグラファイトシート両端の歪を延ばしつつ柔軟化を行うことができるため、柔軟化後のグラファイトシートの破れや、皺の発生を抑制でき、歩留まりを向上することができる。
以下、本発明のグラファイトシートの製造方法について一実施の形態および図面を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は本実施の形態1のグラファイトシートの柔軟化工程を模式的に示す断面図であり、熱分解後のグラファイトシート1が一対の互いに平行なステンレス製の平板2、3間に挟まれ、この一対の平板2、3がグラファイトシート1と接する面にポリプロピレン(以降PPと称する)よりなるカバー層4、5が設けられている。
カバー層4、5は、硬い平板とグラファイトシートが直接接触した場合に平板の状態の影響でグラファイトシートに傷や欠陥が発生するのを防止するという役割を有している。
図中6、7の符号を付与した部分は、平板2、3を摺動させるための駆動軸であり、図中の矢印は、駆動軸6、7の回転方向を示す。
本実施の形態1のグラファイトシートの製造方法のうち、まずグラファイトシートの作製について、以下に説明する。
本実施の形態1のグラファイトシートは有機フィルムを高温で熱分解することにより得られ、この熱分解に用いられる有機フィルムとしては、グラファイト化反応が可能である縮合系芳香族高分子フィルム、例えば芳香族系ポリイミドフィルムが用いられる。
この有機フィルムを、まず窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で最高温度1000℃から1200℃まで予備熱処理を行う。
その後、さらに同じく不活性ガス雰囲気中で、最高温度2500℃以上で高温熱処理を行って、熱分解グラファイトシートを作製する。
このようにして作製した熱分解後のグラファイトシートは、硬くてもろく、繰り返し曲げ試験などを行うと数回から数十回で破断するなど柔軟性が十分ではない。
なお、この場合の繰り返し曲げ試験としては、繰り返し曲げ試験機(例えば株式会社東洋精機製のMIT耐揉疲労試験機)を用いて、曲げ半径Rが5mmで、静止状態から左右に90度(合計180度)の曲げ角度で試験を行ったものである。
そこで、この熱処理後のグラファイトシートに十分な柔軟性を付与するために柔軟化工程を行う。
柔軟化工程は、図1に示したように、PPよりなるカバー層4、5を設けた平板2、3間に上記の熱処理後のグラファイトシート1を挟み、平板2、3間に2kg/cm2〜20kg/cm2程度の圧力をかけた状態で駆動軸6、7を1分間に5〜20回転の速度で回転させる。
そしてこの駆動軸6、7の回転により、平板2、3が互いに平行なまま、互いの平板の回転方向が逆方向となる回転摺動を行わせ、柔軟化処理を行う。
逆方向となる回転摺動とは、例えば平板2が駆動軸6の上から見て平板の面内方向で時計回りの摺動を行うとき、平板3は反時計回りの摺動を行うことを意味する。平板2、3は、柔軟化処理を行うグラファイトシート1がはみ出すことのないように、十分広いものを用いる。
このようにして柔軟化処理を行った後のグラファイトシート1には破れた部分や皺はなく、均一なグラファイトシートが得られた。
このグラファイトシート1について、上記に示した条件で繰り返し曲げ試験を行った結果、50000回の曲げ試験でも破断はみられず、柔軟性が著しく向上したことが確認できた。
本実施の形態1では平板2と平板3の両方を互いに平行に対向させたまま、互いに逆方向に回転摺動をさせたが、必ずしも両方の平板2、3を摺動させる必要はなく、平板2か平板3のいずれか一方を固定して、他方を摺動させても均一な柔軟化処理を行うことができる。
また、本実施の形態1では駆動軸6、7の位置は固定して駆動軸の回りで回転させる自転的な摺動を行ったが、駆動軸6、7の位置が円または楕円を描くように移動する公転的な摺動を行っても良く、この自転摺動と公転摺動を組み合わせて柔軟化処理を行っても良い。
(実施の形態2)
図2は、本実施の形態2における柔軟化工程の断面図であり、図2において図1と同じ構成要素には同じ符号を付して説明は簡略化する。
本実施の形態2が実施の形態1と異なる点は、グラファイトシート1を挟む一対の平板2、3の摺動として、平板2、3の面方向で直線状に往復摺動をさせて柔軟化処理を行う点である。
実施の形態1で得られたものと同じ熱処理後のグラファイトシート1を図2に示すように、カバー層4、5で表面を覆った平板2、3の間に挟み、2kg/cm2〜20kg/cm2の圧力をかけた状態で、駆動軸6、7を直線状に逆方向に相対速度として10〜30cm/秒の速度で小刻みに摺動させつつ、平板2と平板3を逆方向に直線状に数十回往復摺動させた。
往復摺動としては、例えば平板2が図2でグラファイトシート1に平行な方向で右方向に動くとき、平板3は左方向へ動き、逆に平板2が左方向へ動くときには平板3は右方向に動くというように、平板2と平板3が逆の摺動方向で往復摺動を繰り返すものである。
このようにして得られた柔軟化処理後のグラファイトシート1についても実施の形態1と同様の方向で繰り返し曲げ試験を行った。
その結果は実施の形態1と同様に、50000回の曲げ試験でもグラファイトシート1の破断は見られず、十分柔軟化されていることが確認できた。
本実施の形態2では平板2と平板3の両方を往復摺動させたが、摺動させるのは平板2か平板3のいずれか一方とし、他方の平板は固定した状態で平板による摺動を加えてもよい。
また、図2の平板2、3に平行な左右方向の摺動に加えて、紙面に対して垂直方向で平板に平行な前後方向の摺動を行ってもよい。ただし、この場合、まず平板2が左右方向に動くときは平板3が逆の左右方向に動いて柔軟化処理を行い、その後平板2が前後方向に動くときは平板3が逆の前後方向に動くというように、平板2、3の摺動方向が直交しないように摺動させることが好ましい。
実施の形態1、2ではグラファイトシート1と対向する平板2、3にPPよりなるカバー層4、5を設けて柔軟化処理を行ったが、一対の平板2、3として例えばプラスティック板などを用いた場合にはPPなどのカバー層は必ずしも必要ではない。
また、カバー層4、5の材質としてはPP(ポリプロピレン)に限定されるものではなく、例えばポリイミドやポリエチレンテレフタレート、PPS(ポリフェニレンサルファイド)などの有機フィルムを用いることもできる。
また、グラファイトシート1は滑りやすいため、グラファイトシート1と平板2、3間に適度の摩擦を生じさせて柔軟化処理を行うことも効果があり、この場合は平板2、3がグラファイトシートと対向する面の表面粗さを適当な値にするか、この表面に細かい溝状の凹凸を形成すればよい。
また、一対の平板2、3のグラファイトシートと対向する面に設けたカバー層と平板との間に、柔軟な緩衝体を挟んで柔軟化処理を行うようにすることも好ましい。
緩衝体を挟んで柔軟化を行うことにより、柔軟化されるグラファイトシートに厚みが不均一な部分や凹凸を有する部分があっても、緩衝体の作用によりグラファイトシートにかかる局部的な応力を緩和できるため、より均一で欠陥発生のないグラファイトシートを製造することができるものである。
この緩衝体としては、特に限定されるものではないが、例えば発泡ウレタンや、セルローススポンジなどのスポンジのようなクッション性を有する材料などの他、例えば不織布などを用いることができ、またこれらを組み合わせて用いてもよい。
グラファイトシートを平板に挟んで柔軟化を行うことにより、グラファイトシートの、特に両端部の破れや皺の発生を低減しつつ柔軟化を行うことができ、グラファイトシートの歩留まりを向上することができるため、熱分解グラファイトシートの製造方法等に有用である。
本発明の実施の形態1における柔軟化工程を模式的に示す断面図 本発明の実施の形態2における柔軟化工程を模式的に示す断面図
符号の説明
1 グラファイトシート
2、3 平板
4、5 カバー層
6、7 駆動軸

Claims (5)

  1. 有機フィルムを熱分解してグラファイトシートを作製する工程と、前記グラファイトシートを柔軟化する柔軟化工程とを有するグラファイトシートの製造方法であって、前記柔軟化工程は、前記熱分解後のグラファイトシートを互いに平行な一対の平板で挟み、前記一対の平板の少なくとも一方を前記グラファイトシートに対して略平行方向に摺動させることにより柔軟化することを特徴とするグラファイトシートの製造方法。
  2. 前記平板を、面方向に回転摺動させる請求項1に記載のグラファイトシートの製造方法。
  3. 前記平板を、面方向に直線状に往復摺動させる請求項1に記載のグラファイトシートの製造方法。
  4. 前記一対の平板の、グラファイトシートと対向する面にカバー層を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のグラファイトシートの製造方法。
  5. 前記平板と前記カバー層との間に緩衝体を設けた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の製造方法。
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