(57)【要約】【課題】気孔率が大きく、かつ、気孔半径にばらつきが少ないことに起因して、通気率が大きく、ばらつきが少ないことにより、油連鋳ノズル等を製造した場合に、摺動面に充分に油を供給することができ、引き抜かれた金属の表面が均質になるとともに、機械的特性にも優れ、品質の安定した多孔質炭素材料を提供すること。【解決手段】水銀圧入法で測定される０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であることを特徴とする多孔質炭素材料。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力０．５ＭＰａの窒素ガス中で測定される通気率が０．０２〜０．５ｃｍ２／ｓであり、かつ、同一材料内の通気率のばらつきが１０％以内であることを特徴とする多孔質炭素材料。
【請求項２】
水銀圧入法で測定される０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であることを特徴とする多孔質炭素材料。
【請求項３】
水銀圧入法で測定される０．８μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．０１μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積の１０％以下であることを特徴とする多孔質炭素材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造ノズル、エアスライド、軸受等、種々の用途に用いられる多孔質炭素材料に関する。
【従来の技術】
【０００２】
従来、油連鋳ノズル、静圧気体軸受等に使用される多孔質炭素材料としては、１〜６０μｍの粒径の粒子を有する原料骨材粉と結合材とからなる混練物を粉砕して得られる粉砕物を用いて成形、焼成を行う方法により製造される多孔質炭素材料が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記多孔質炭素材料では、原料骨材粉と結合材とからなる混練物を粉砕して得られる粉砕物の大きさが不均一となることに起因して、最終的に製造された多孔質炭素材料の通気率にばらつきが生じるとともに、通気率を所望の値に調整することが困難である。そこで、多孔質炭素材料の表面に樹脂等を塗布した後、通気率が所定の値となるまで、樹脂等を溶剤で除去する方法等により、通気率を調整することが必要となるという問題があった。
また、上記多孔質炭素材料の製造方法では、原料骨材粉と結合材とを混練する工程及び混練物を粉砕する工程が必要となるため、製造工程が多くなり、多孔質炭素材料を多量に生産する上で障害となっていた。
【０００４】
さらに、上記多孔質炭素材料としては、平均粒径が１０μｍ程度のコークス粉末に、バインダピッチを加えて混練し、再度粉砕して得られた原料粉末を成形、焼成、黒鉛化する方法により製造されるものが知られている。
【０００５】
しかしながら、上述のように製造した多孔質炭素材料では、気孔の大きさが不均一となるために、通気率のばらつきが大きく、油連鋳ノズル等に使用する場合、油の供給量にばらつきが発生することにより、ノズル摺動面と金属との間のクリアランスが不均一となり、引き抜かれた金属の表面が均質にならないという問題があった。
また、上記多孔質炭素材料を静圧気体軸受等に使用する場合には、気体の供給量にばらつきが発生することにより、回転体の回転が不安定となり、静圧気体軸受の破壊を引き起こすという問題があった。
【０００６】
また、炭素材料からなる燃料電池用セパレータには、通常、高度な気体不透過性が求められるが、該燃料電池用セパレータのガス拡散電極と接する面に形成された燃料ガスを流通させる溝状の流路を隔てるとともに、上記ガス拡散電極と接触する部分（以下、凸部分という）を多孔質材料材料とすることにより、反応ガスと電解質との接触面積を増大させ大きな起電力を得ることができることが知られている。
上記多孔質炭素材料を上記構造の燃料電池用セパレータの凸部分に使用する場合には、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積にばらつきが発生することにより、安定した出力電力を長時間維持することが困難となるという問題があった。
さらに、特許文献２には、燃料電池用セパレータの加湿した反応ガスが通過する部分及びガス拡散電極に接している部分を多孔質炭素材料とし、該多孔質炭素材料の気孔中に水分を保持する技術が開示されているが、上記多孔質炭素材料の気孔の大きさが不均一であったため、上記反応ガス中の水分を充分かつ均一に保持することができないことからも、安定した出力電圧を長時間維持することが困難となるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１００２６７号公報
【特許文献２】
特開平０６−２３１７７３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ない多孔質炭素材料、及び、気孔率が高く、気孔半径の小さい微細気孔の占める割合が多く、気孔半径のばらつきが少ない多孔質炭素材料を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第一の本発明の多孔質炭素材料は、  圧力０．５ＭＰａの窒素ガス中で測定される通気率が０．０２〜０．５ｃｍ２／ｓであり、かつ、同一材料内の前記通気率のばらつきが１０％以内であることを特徴とする。
【００１０】
第二の本発明の多孔質炭素材料は、水銀圧入法で測定される０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、第三の本発明の多孔質炭素材料は、水銀圧入法で測定される０．８μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．０１μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積の１０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
最初に、第一の本発明の多孔質炭素材料について説明することとする。なお、第一の本発明と第二の本発明や第三の本発明とを特に区別する必要がない場合には、単に本発明の多孔質炭素材料ということとする。
なお、本発明の多孔質炭素材料において、通気率や気孔半径等の物性の「ばらつき」とは、本発明の多孔質炭素材料を用いた製品の異なる場所から複数個のサンプルを採取し、それぞれのサンプルに対して物性値を求めた際、下記式（１）により算出される値をいう。
１００×（各物性値−物性値の平均値）／物性値の平均値・・・（１）
【００１３】
第一の本発明の多孔質炭素材料は、圧力０．５ＭＰａの窒素ガス中で測定される通気率が０．０２〜０．５ｃｍ２／ｓであり、かつ、同一材料内の通気率のばらつきが１０％以内であることを特徴とする。
【００１４】
第一の本発明の多孔質炭素材料では、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ないため、上記多孔質炭素材料を使用して、油連鋳ノズルを製造した場合には、摺動面に充分に、かつ、均一に油を供給することができ、機能的に優れた油連鋳ノズルとすることができる。
また、上記多孔質炭素材料を使用して、静圧気体軸受を製造した場合には、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ないため、回転体に振動等を与えることなく、軸受面に充分に空気を供給することができ、機能的に優れた静圧気体軸受とすることができる。
さらに、上記多孔質炭素材料を使用して、燃料電池用セパレータを製造した場合には、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ないため、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積を充分かつ均一に確保するとともに、気孔中に加湿した反応ガス中の水分を充分かつ均一に保持することができ、安定した出力電圧を長時間維持できる機能的に優れた燃料電池用セパレータとすることができる。
【００１５】
第一の本発明の多孔質炭素材料の特性は、下記する第二又は第三の本発明の多孔質炭素材料により実現することができる。従って、第一の本発明の多孔質炭素材料の説明を、下記する第二又は第三の本発明の多孔質炭素材料に含めて行うこととする。
【００１６】
第二の本発明の多孔質炭素材料は、水銀圧入法で測定される０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であることを特徴とする。
【００１７】
第二の本発明の多孔質炭素材料では、０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であるため、微細気孔の占める割合が多く、気孔率の高い多孔質炭素材料となる。また、微細気孔の占める割合が多いため、焼結体中に大きな欠陥が存在しないこととなり、多孔質炭素材料であっても、機械的強度を維持することができる。
【００１８】
従って、上記多孔質炭素材料を使用して、油連鋳ノズルを製造した場合には、通気率が大きいため、摺動面に充分に油を供給することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機械的特性にも優れており、機能的に優れた油連鋳ノズルとすることができる。
また、上記多孔質炭素材料を使用して、静圧気体軸受を製造した場合には、通気率が大きいため、軸受面に充分に空気を供給することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機能的に優れた静圧気体軸受とすることができる。
さらに、上記多孔質炭素材料を使用して、燃料電池用セパレータを製造した場合には、通気率が大きいため、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量を充分に確保することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機械的強度にも優れており、機能的に優れた燃料電池用セパレータとすることができる。
【００１９】
上記０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積は、０．１２〜０．３ｃｃ／ｇであることが望ましい。
上記容積が０．１２ｃｃ／ｇ未満では、上記多孔質炭素材料の気孔率が低くなるため、通気率の低い材料となり、また、０．３ｃｃ／ｇを超えると、上記多孔質炭素材料の機械的強度が劣ったものとなり、破損するおそれがあるからである。
【００２０】
なお、第二の本発明の多孔質炭素材料は、０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、上記多孔質炭素材料の全気孔の占める容積の６０％以上であることが望ましい。気孔分布のばらつきがより少ないものとなるからである。従って、この多孔質炭素材料を油連鋳ノズルに使用した場合には、機械的強度により優れたものとなり、かつ、摺動面により均一に油を供給することができる。また、上記多孔質炭素材料を静圧気体軸受に使用した場合には、機械的強度により優れたものとなり、かつ、軸受面により均一に気体を供給することができる。さらに、上記多孔質炭素材料を燃料電池用セパレータに使用した場合には、機械的強度により優れたものとなり、かつ、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量を充分に確保することができる。
上記多孔質炭素材料の全気孔の占める容積の６０％未満であると、大きな気孔の割合が増え、同一材料内のばらつきが生じやすくなる。
【００２１】
ここで、水銀圧入法で測定される０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積とは、以下のようにして求められるものをいう。即ち、室温で多孔質炭素材料を水銀に浸漬し、気孔に導入する水銀の圧力を徐々に増加させる試験を行い、各平衡圧に対する水銀の多孔質炭素材料への侵入量から気孔半径と積算気孔容積との関係をプロットする。この試験では、水銀は圧力を受けることにより自己の表面張力に抗して細孔の内部に侵入していくため、細孔を円筒形と仮定し、水銀の多孔質炭素材料に対する接触角（例えば、水銀と黒鉛との接触角は１４０°）等を用いることにより細孔半径と圧力との関係式を導き出すことができ、この関係式に基づいて気孔半径と積算気孔容積との関係をプロットすることができるのである。
多孔質炭素材料の全気孔容積はこのプロットにおける積算気孔容積の最大値であり、気孔半径０．５μｍに相当する圧力より高い圧力における積算気孔容積を求めることにより、気孔半径０．５μｍ以下の微細気孔の容積を求めることができる。
なお、上述したような水銀圧入法による微細気孔の占める容積の測定は、例えば、ＣＡＲＬＯ  ＥＲＢＡ  ＳＴＲＵＭＥＮＴＡＺＩＯＮＥ社製のＰｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ  ２０００等を用いることにより、行うことができる。
【００２２】
なお、上記水銀圧入法に基いて、第二の本発明の多孔質炭素材料における微細気孔の気孔径分布曲線を求めることが可能であり、その気孔径分布曲線の最大ピークにおける気孔半径を本発明の多孔質炭素材料の微細気孔の中心気孔半径とすることができる。このようにして求められる第二の本発明の多孔質炭素材料における微細気孔の中心気孔半径は、０．１〜０．５μｍが望ましい。
【００２３】
また、第二の本発明の多孔質炭素材料では、中心気孔半径のばらつきを０．１μｍ以内とすることが望ましい。中心気孔半径のばらつきが大きいと、油連鋳ノズル等に使用した場合に、通気率にばらつきが生じてしまい、ノズル摺動面と金属との間のクリアランスが不均一となり、引き抜かれた金属の表面が均質にならないからである。
また、静圧気体軸受に使用した場合には、気体の供給量にばらつきが発生することにより、回転体の回転が不安定となり、静圧気体軸受の破壊を引き起こすことがあるからである。
さらに、燃料電池用セパレータに使用した場合には、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量にばらつきが発生することにより、安定した出力電圧を長時間維持することが困難となることがあるからである。
【００２４】
また、第二の本発明の多孔質炭素材料において、上記多孔質炭素材料の圧力０．５ＭＰａの窒素ガス中で測定される通気率は、０．０２〜０．５ｃｍ２／ｓであることが望ましい。
０．０２ｃｍ２／ｓ未満では、通気率が低いため、油連鋳ノズルとして充分に機能することができないからである。
一方、０．５ｃｍ２／ｓを超えると、その内部に過剰な気孔が存在することとなり、多孔質炭素材料の機械的強度が低下する。
なお、上記通気率は、下記（２）式により導出することができる。
Ｋ＝Ｑ・Ｌ／Δｐ・Ａ・・・（２）
ここで、Ｑは通気量（ａｔｍ・ｃｍ３／ｓ）、Ｌは試料の厚さ（ｃｍ）、Δｐは試料の厚さＬ間の圧力降下（ａｔｍ）、Ａは試料の断面積（ｃｍ２）である。
【００２５】
また、上記通気率のばらつきは、±１０％以下であることが望ましい。ばらつきが±１０％を超えると、油連鋳ノズルに使用した場合に、ノズル摺動面と金属との間のクリアランスが不均一となり、引き抜かれた金属の表面が均質にならないからである。
また、静圧気体軸受に使用した場合には、気体の供給量にばらつきが発生することにより、回転体の回転が不安定となり、静圧気体軸受の破壊を引き起こすことがあるからである。
さらに、燃料電池用セパレータに使用した場合には、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量にばらつきが発生することにより、安定した出力電圧を長時間維持することが困難となることがあるからである。
【００２６】
第二の本発明の多孔質炭素材料は、上記油連鋳ノズル、静圧気体軸受及び燃料電池用セパレータのほか、エアスライド等として広範囲の用途に用いられる。
【００２７】
次に、第二の本発明の多孔質炭素材料の製造方法の一例について説明する。
第二の本発明の多孔質炭素材料を製造する際には、最初に、素原料である原料コークス等を粉砕し、炭素原料を製造する。
【００２８】
上記多孔質炭素材料に使用される素原料としては、例えば、生コークス等のコークスを用いることが望ましい。
【００２９】
そして、製造する多孔質炭素材料の気孔半径、気孔率等に合わせて、上記炭素原料を粉砕し、さらに、篩分機等を用いて分級して、適度な粒径を有するように粒度の調整を行う。
【００３０】
粒度調整が行なわれた炭素原料の形状は、略球形状であることが望ましい。気孔半径のばらつきが少ない多孔質炭素材料とすることができるからである。
なお、粒度調整を行なった後の炭素原料の平均粒径は、５〜３０μｍであることが望ましい。５μｍ未満では、粒度調整を行うことが困難となり、３０μｍを超えると、多孔質炭素材料の気孔半径にばらつきが生じるからである。
【００３１】
次に、この粒度調整を行なった炭素原料粉末を、ＣＩＰ成形、型込め成形、押し出し成形等の成形方法を用いて所定形状の成形体を作製する。
この後、成形体は、熱処理中の変形と酸化を防ぐため、コークス粉等のパッキング材中に埋め込まれ、還元雰囲気下に１０００℃前後で加熱焼成処理を行い、さらに高温に上げることにより、多孔質炭素材料を製造する。
なお、上記加熱焼成処理は、９００〜１２００℃で行うことが望ましく、焼成速度は、３〜１０℃／時間で行うことが望ましい。
【００３２】
第二の本発明の多孔質炭素材料の製造方法では、自己焼結性を有する生コークス、メソカーボン等を炭素原料として用いるため、タール、ピッチ等のバインダを使用する必要がない。
【００３３】
従来のように、バインダを用いた場合には、炭素原料と結合材とを混練する混練工程、及び、混練物を粉砕する二次粉砕工程を行う必要があり、しかも、得られた原料粉末は、一次粒子が凝集した二次粒子となっている。そのため、成形工程において、二次粒子同士の間に大きな空間が形成されやすく、また、二次粒子の形状によりその空間の大きさにばらつきが生じやすい。さらに、二次粒子の内部の一次粒子の間にも空間が形成されるため、空間の大きさが大きくばらつき、それに伴って得られる焼結体も気孔半径が大きくばらつく。また、その中心気孔半径も大きなものとなりやすい。
【００３４】
しかしながら、本発明では、自己焼結性の粉末を用いており、バインダを用いることなく、成形工程において一定形状の成形体を作製することができる。これは、原料粉末自体が接着力を有するため、特にバンイダを添加せずに成形を行っても、成形体は一定強度を維持することができ、得られた形成体に欠け等が発生しにくいからである。また、原料粉末には一次粒子の凝集体である二次粒子が形成されていないため、成形体を作製しても大きな気孔が発生することはなく、また、一次粒子の間に形成される空間は小さく、余りその大きさは変わらない。従って、均一かつ微細な気孔を有する焼結体を製造することができるのである。また、一次粒子の大きさを変化させたり、粒径の異なる一次粒子を組み合わせたりすることにより、多孔質炭素材料の気孔半径や気孔分布を調整することができる。
【００３５】
このように、第二の本発明の多孔質炭素材料の製造方法では、炭素原料と結合材とを混練する混練工程、及び、混練物を粉砕する二次粉砕工程を行うことなく、原料粉末を用いて直接成形体を作製し、この成形体の焼成により多孔質炭素材料を製造することができるため、気孔径にばらつきがなく、微細気孔を有し、機械的特性に優れた多孔質炭素材料を製造することができる。その結果、通気率のばらつきが少ない多孔質炭素材料を提供することができる。
また、工程数を削減することができるため、多孔質炭素材料を多量に生産することが可能となる。
【００３６】
さらに、上記多孔質炭素材料は、切削加工を施すことにより、所望の形状としてもよい。上記多孔質炭素材料を切削する方法としては、切削液による汚染を防止するために、乾式による切削加工や研削加工が望ましい。また、超音波や電子ビームにより多孔質炭素材料を切り出してもよい。
【００３７】
次に、第三の本発明の多孔質炭素材料について説明することとする。
第三の本発明の多孔質炭素材料は、水銀圧入法で測定される０．８μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．０１μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積の１０％以下であることを特徴とする。
【００３８】
第三の本発明の多孔質炭素材料は、気孔半径０．０１μｍ以上の小さい気孔の占める容積が、気孔半径０．８μｍ以上の大きい気孔の容積に比べて大きいことから、微細気孔径からなり、シャープな気孔分布を有し、かつ、気孔半径のばらつきが少ないものとなっている。従って、油連鋳ノズルに使用した場合には、摺動面に均一に油を供給することができるとともに、機械的強度に優れたものとなる。また、静圧気体軸受に使用した場合には、軸受面に均一に気体を供給することができるとともに、機械的強度に優れたものとなる。さらに、燃料電池用セパレータとして使用した場合には、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量を充分かつ均一に確保することができるとともに、機械的強度に優れたものとなる。
【００３９】
第三の本発明の多孔質炭素材料では、０．８μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積を、０．０１μｍ以上の気孔半径を有する微細気孔の占める容積の５％以下とすることが望ましい。微細気孔の占める割合がより多くなることにより、気孔半径のばらつきがより少なくなり、かつ、機械的強度をより優れたものとすることができるからである。
【００４０】
また、第三の本発明において、気孔半径０．８μｍ以上の微細気孔の容積および気孔半径０．０１μｍ以上の微細気孔の容積は、第二の本発明の多孔質炭素材料と同様に、水銀圧入法を用いて、気孔半径と積算気孔容積との関係をプロットすることにより求めることができ、これらの容積の比を求めることが可能となる。
【００４１】
第三の本発明の多孔質炭素材料において、上記多孔質炭素材料の圧力０．５ＭＰａの窒素ガス中で測定される通気率は、０．０２〜０．５ｃｍ２／ｓであることが望ましい。
０．０２ｃｍ２／ｓ未満では、通気率が低く、油連鋳ノズルとして充分に機能することができないからである。
一方、上記多孔質炭素材料の通気率が、０．５ｃｍ２／ｓを超えると、その内部に過剰な気孔が存在することとなり、多孔質炭素材料の機械的強度が低下する。なお、上記通気率は、下記（２）式により導出することができる。
Ｋ＝Ｑ・Ｌ／Δｐ・Ａ・・・（２）
ここで、Ｑは通気量（ａｔｍ・ｃｍ３／ｓ）、Ｌは試料の厚さ（ｃｍ）、Δｐは試料の厚さＬ間の圧力降下（ａｔｍ）、Ａは試料の断面積（ｃｍ２）である。
【００４２】
また、上記通気率のばらつきは、±１０％以下であることが望ましい。ばらつきが±１０％を超えると、油連鋳ノズルに使用した場合に、ノズル摺動面と金属との間のクリアランスが不均一となり、引き抜かれた金属の表面が均質にならないからである。
また、静圧気体軸受に使用した場合には、回転体の回転が不安定となり、静圧気体軸受の破壊を引き起こすことがあるからである。
さらに、燃料電池用セパレータに使用した場合には、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量にばらつきが発生することにより、安定した出力電圧を長時間維持することが困難となることがあるからである。
【００４３】
なお、第三の本発明の多孔質炭素材料の実施形態、および、製造方法等については、第二の本発明の多孔質炭素材料とほぼ同様であるため、その説明を省略することとする。
【００４４】
【実施例】
以下に実施例を掲げて、図面を参照しながら、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４５】
実施例１
素原料である生コークスを粉砕機を用いて粉砕し、炭素原料を得た。
そして、この炭素原料を篩分機を用いて分級し、平均粒径が１０μｍとなるように粒度を調整した。
【００４６】
次に、粒度調整を行った炭素原料をＣＩＰ（静水圧加圧プレス）法によりゴム型に充填し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧することで円柱形状の成形体を製造した。
【００４７】
そして、得られた成形体を、還元雰囲気下、焼成温度  １０００℃、焼成速度  ５℃／時間で焼成した。
次に、得られた焼成体を機械加工することにより、その直径が２００ｍｍ、高さが２００ｍｍの円柱形状の炭素材料を得た。
なお、本実施例では、炭素材料を製造するにあたって、タール、ピッチ等のバインダは使用しなかった。
【００４８】
比較例１
骨材として平均粒径１０〜１５μｍで１〜６０μｍの粒径のカルサインコークスにバインダピッチを配合し、温度２４０℃で３時間混練した。この捏和物を平均粒径２５μｍに粉砕し成形粉とした。この成形粉をＣＩＰ（静水圧加圧プレス）法によりゴム型に充填し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧することで円柱形状の成形体を製造した。得られた成形体を、還元雰囲気下、室温から１０００℃まで２００時間で昇温し焼成して、その直径が２００ｍｍ、高さが２００ｍｍの円柱形状の炭素材料を得た。
【００４９】
比較例２
骨材として、平均粒径１０〜１５μｍで１〜６０μｍの粒径のカルサインコークスを５０重量％と、平均粒径１０〜１５μｍで１〜６０μｍの粒径の生コークス５０重量％の混合物にバインダピッチを配合し、温度２４０℃で３時間混練した以外は、比較例１と同様にして、炭素材料を得た。
【００５０】
実施例１及び比較例１、２に係る炭素材料から、一辺が０．５ｃｍの試験片を切り取り、これらの気孔半径等を水銀圧入法により測定した。
図１は、実施例及び比較例に係る炭素材料における気孔半径と積算気孔容積との関係を示すグラフである。
【００５１】
図１に示すように、実施例１に係る炭素材料では、０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であるとともに、全気孔の積算気孔容積も大きく、気孔率が高いものとなっていることがわかる。
また、実施例１に係る炭素材料では、０．８μｍ以上の気孔半径を有する気孔の占める容積が、０．０１μｍ以上の気孔半径を有する気孔の占める容積の約２％となっており、微細気孔の占める割合が多いことがわかる。
さらに、図２に実施例１に係る炭素材料の断面の顕微鏡写真を示す。
図２に示すように、実施例１に係る炭素材料は、組織が細かく、気孔の大きさが均質なものとなっていることがわかる。
【００５２】
これに対して、比較例１、２に係る炭素材料では、０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める割合が少なく、全気孔の積算気孔容積も実施例１と比べて小さいものとなっており、気孔率が低いものとなっていることがわかる。
また、比較例１では、０．８μｍ以上の気孔半径を有する気孔の占める容積が、０．０１μｍ以上の気孔半径を有する気孔の占める容積の約７０％となっており、比較例２では、約５７％となっていることから、比較例１、２に係る炭素材料では、微細気孔の占める割合が少ないことがわかる。
さらに、図３に比較例１に係る炭素材料の断面の顕微鏡写真を示す。図３に示すように、比較例１に係る炭素材料は、組織が粗く、大きい気孔と小さい気孔とが混在していることがわかる。
【００５３】
また、実施例１に係る炭素材料では、気孔半径が０．５μｍ以下の微細気孔が、その大半を占めており、０．８μｍ以上の気孔半径を有する気孔の分布がほとんど見られないのに対して、比較例１、２に係る炭素材料では、気孔半径が０．５μｍ以下の微細気孔が、ほとんど見られず、０．８μｍ以上の気孔半径を有する気孔がその大半を占めている。
【００５４】
さらに、実施例及び比較例に係る炭素材料の通気率（Ｋ）を、下記の（２）式により求めた。
Ｋ＝Ｑ・Ｌ／Δｐ・Ａ・・・（２）
ここで、Ｑは通気量（ａｔｍ・ｃｍ３／ｓ）、Ｌは試料の厚さ（ｃｍ）、Δｐは試料の厚さＬ間の圧力降下（ａｔｍ）、Ａは試料の断面積（ｃｍ２）である。
【００５５】
上述の方法で、通気率（Ｋ）を測定した結果、実施例１に係る炭素材料では、通気率が０．１５ｃｍ２／ｓ±５％であったのに対して、比較例１、２に係る炭素材料では、通気率がいずれも０．１０ｃｍ２／ｓ±５０％であった。
従って、実施例に係る炭素材料では、通気率が大きいものであるとともに、通気率のばらつきが少ないことがわかる。
これは、上述の水銀圧入法による評価からもわかるように、実施例に係る炭素材料では、微細な気孔の占める割合が多いことに起因して、気孔半径の大きさにばらつきが少ないために、通気率が大きく、ばらつきが少なくなるものと考えられた。
【００５６】
これに対して、比較例に係る炭素材料では、通気率が小さいものであるとともに、通気率のばらつきが大きいことがわかる。
これは、比較例に係る炭素材料では、微細な気孔の占める割合が少ないことに起因して、気孔半径の大きさにばらつきが大きいために、通気率が小さく、ばらつきが大きくなるものと考えられた。
【００５７】
実施例に係る炭素材料によれば、０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であるため、微細気孔の占める割合が多く、気孔率が高く、機械的特性に優れた炭素材料とすることができる。
従って、実施例に係る炭素材料を使用して、油連鋳ノズルを製造した場合には、通気率が大きいため、摺動面に充分に油を供給することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機械的特性にも優れており、機能的に優れた油連鋳ノズルとすることができる。
また、実施例に係る炭素材料を使用して、静圧気体軸受を製造した場合には、通気率が大きいため、軸受面に充分に空気を供給することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機能的に優れた静圧気体軸受とすることができる。
さらに、実施例に係る炭素材料を使用して、燃料電池用セパレータを製造した場合には、通気率が大きいため、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積が均一かつ充分となり、また、気孔中に保持する水分量も均一かつ充分になることにより、安定した出力電圧を長時間維持することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機械的強度にも優れており、機能的に優れた燃料電池用セパレータとすることができる。
【００５８】
また、実施例に係る炭素材料によれば、気孔半径が０．０１μｍ以上の小さい気孔の占める容積が、気孔半径０．８μｍ以上の大きい気孔の容積に比べて大きいため、シャープな気孔分布を有し、気孔半径のばらつきが少ないものとなっている。従って、実施例に係る炭素材料を油連鋳ノズルに使用した場合には、機械的特性に優れた油連鋳ノズルとなるとともに、摺動面に均一に油を供給することができる。また、実施例に係る炭素材料を静圧気体軸受に使用した場合には、機械的特性に優れた静圧気体軸受となるとともに、軸受面に均一に気体を供給することができる。さらに、実施例に係る炭素材料を燃料電池用セパレータに使用した場合には、機械的強度に優れた燃料電池用セパレータとなるとともに、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量を充分かつ均一に確保することができる。
【００５９】
さらに、実施例及び比較例に係る円柱状の炭素材料の上下端面付近、及び、中心付近における中央部と側面付近とから、一辺が０．５ｃｍの試験片を合計６個切り取り、これらの気孔半径を水銀圧入法により測定した。
その結果、実施例に係る炭素材料の試験片の中心気孔半径は０．３５〜０．４１μｍ、平均中心気孔半径は０．３８μｍであり、気孔半径のばらつきは±７．９％であった。一方、比較例１に係る炭素材料の中心気孔半径は０．９〜１．２５μｍ、平均中心気孔半径は１．０５μｍであり、気孔半径のばらつきは±１７％であり、比較例２に係る炭素材料の気孔半径は０．７〜１．０μｍ、平均気孔半径は８．６μｍであり、気孔半径のばらつきは±１８％であった。
即ち、実施例に係る円柱状の炭素材料全体における気孔半径のばらつきは１０％以内と小さなものであると考えられるのに対し、比較例に係る円柱状の炭素材料全体における気孔半径のばらつきは１５％を超える大きなものであると考えられる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、第一の本発明の多孔質炭素材料によれば、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ないため、上記多孔質炭素材料を使用して、油連鋳ノズルを製造した場合には、摺動面に充分に、かつ、均一に油を供給することができ、機能的に優れた油連鋳ノズルとすることができる。
また、上記多孔質炭素材料を使用して、静圧気体軸受を製造した場合には、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ないため、回転体に振動等を与えることなく、軸受面に充分に空気を供給することができ、機能的に優れた静圧気体軸受とすることができる。
さらに、上記多孔質炭素材料を使用して、燃料電池用セパレータを製造した場合には、通気率が大きく、通気率のばらつきが少ないため、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積を充分かつ均一に確保するとともに、気孔中に加湿した反応ガス中の水分を充分かつ均一に保持することができ、安定した出力電圧を長時間維持できる機能的に優れた燃料電池用セパレータとすることができる。
【００６１】
第二の本発明の多孔質炭素材料によれば、０．５μｍ以下の気孔半径を有する微細気孔の占める容積が、０．１ｃｃ／ｇ以上であるため、微細気孔の占める割合が多く、気孔率が高く、機械的特性に優れた多孔質炭素材料とすることができる。
従って、上記多孔質炭素材料を使用して、油連鋳ノズルを製造した場合には、通気率が大きく、ばらつきが小さいため、摺動面に均一、かつ、充分に油を供給することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、機械的特性にも優れており、機能的に優れた油連鋳ノズルとすることができる。
また、上記多孔質炭素材料を使用して、静圧気体軸受を製造した場合には、通気率が大きいため、軸受面に充分に空気を供給することができるとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機能的に優れた静圧気体軸受とすることができる。
さらに、上記多孔質炭素材料を使用して、燃料電池用セパレータを製造した場合には、通気率が大きいため、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量を充分に確保するとともに、微細気孔の占める割合が多いために、通気率のばらつきが少なく、かつ、機械的強度にも優れており、機能的に優れた燃料電池用セパレータとすることができる。
【００６２】
また、第三の本発明の多孔質炭素材料によれば、気孔半径が０．０１μｍ以上の小さい気孔の占める容積が、気孔半径０．８μｍ以上の大きい気孔の容積に比べて大きいため、シャープな気孔分布を有し、気孔径のばらつきが少ないものとなっている。従って、油連鋳ノズルに使用した場合には、機械的特性に優れた油連鋳ノズルとなるとともに、摺動面に均一に油を供給することができる。さらに、静圧気体軸受に使用した場合には、機械的特性に優れた静圧気体軸受となるとともに、軸受面に均一に気体を供給することができる。さらに、燃料電池用セパレータとして使用した場合には、機械的強度に優れた燃料電池用セパレータとなるとともに、ガス拡散電極と反応ガスとの接触面積及び気孔中に保持する水分量を充分かつ均一に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例及び比較例に係る炭素材料の水銀圧入法による積算気孔容積曲線を示すグラフである。
【図２】図２は、実施例１に係る炭素材料の断面の顕微鏡写真である。
【図３】図３は、比較例１に係る炭素材料の断面の顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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