JP2003327421A

JP2003327421A - 炭素クラスター製造用原料

Info

Publication number: JP2003327421A
Application number: JP2003163844A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Taji; 和幸田路; Toshiaki Sogabe; 敏明曽我部; Takeshi Nagasawa; 健長澤
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ロースートの生成効率を高め、結果的に炭素
クラスター乃至はクラスター化合物の回収効率を高めて
製造コストを低減させる。【解決手段】炭素クラスター製造用原料を、メソフェ
ーズカーボンを骨材とする圧粉体を高温処理して得られ
る成形体で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｃ₆₀等のフラーレン類
やこれにＬａ、Ｙ、Ｓｃ等ランタニドなどの金属や金属
化合物を内包あるいは付着させた金属入りフラーレン
類、あるいはカーボンナノチューブなどの炭素クラスタ
ー乃至は炭素クラスター化合物を製造するための炭素ク
ラスター製造用原料に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラーレンは、建築家のバックミンスタ
ー・フラーの名前から由来したもので、Ｃ₆₀を代表とし
て、多くの炭素クラスター分子の総称である。このうち
Ｃ₆₀は炭素原子６０個がサッカーボール状を呈したクラ
スター分子（原子集団）であり、アーク放電、レーザー
蒸発等で発生したすすの中に含まれる。正五角形が１２
個と正六角形が２０個の３２面体の各頂点に炭素原子が
存在する構造となっている。炭素の結晶としては黒鉛と
ダイヤモンドが知られているが、Ｃ₆₀は何れとも構造が
違い、第３の炭素といわれている。金属入りフラーレン
はそれら炭素クラスターに金属元素が内包されているか
或いは周囲に付着している炭素クラスター化合物をい
う。Ｃ₆₀は中性のままでは伝導キャリアーがないので絶
縁体であるが、Ｃ₆₀フィルム中に金属をドープすること
によりＬＵＭＯバンドにキャリアーが注入されて金属フ
ラーレンアニオンラジカル塩となる。そして、その中に
高い超伝導転移点を有するものが存在することが確認さ
れている。更にドープのもう１つの形態として、金属が
フラーレン球殻内に入るかあるいは周囲に付着すること
が確認され、その特性が注目されている。炭素クラスタ
ーについては、１９７０年に大澤により構造モデルが提
唱され、１９８５年に英国サセックス大学のクロト、米
国ライス大学のスモーリーらによりその存在が確認され
た後、１９９０年にクレッチマー、ホフマンらによって
合成・単離方法が見い出された。

【０００３】その間、アルカリ金属やアルカリ土類金属
のドープによる超伝導体や光が関与した半導体機能、非
線形光学素子への応用、Ｃ₆₀とテトラキス［ジメチルア
ミノ］エチレンとの分子錯体が強磁性を有する炭素クラ
スター化合物となる可能性の示唆、水素吸蔵物質や分子
レベルのボールベアリングへの応用など、用途に関する
提案が数多くなされており、将来的にも幅広い利用分野
の開拓が期待される。

【０００４】フラーレン等の製造方法としては、現在ア
ーク放電方式やレーザー加熱方式によるものが広く利用
されている。これは炭素表面を３０００℃付近まで加熱
して蒸発させ、炭素クラスター乃至はクラスター化合物
を含むすす（ロースート）を得る方法である。その後、
このすすから溶媒抽出法などにより炭素クラスター乃至
はクラスター化合物を分離する。例えばレーザー蒸発法
により、ヤン・チャイ、リチャード・イー・スモーリー
ら［ＹａｎＣｈａｉ，ＲｉｃｈａｒｄＥ．Ｓｍａｌｌ
ｅｙｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９５，
７５６４（１９９１）］がＬａＣ₈₂の生成を見い出して
いる。その際、この金属入りフラーレンの製造に使用す
る電極を、酸化ランタンと黒鉛粉末［ウルトラ・カーボ
ン（ＵｌｔｒａＣａｒｂｏｎ）社製黒鉛粉末、ウルト
ラ「エフ」純度（Ｕｌｔｒａ"Ｆ"Ｐｕｒｉｔｙ）］とを
骨材とし、黒鉛セメント［ダイロン・インダストリイズ
（ＤｙｌｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）社製、ジー・シ
ー（ＧＣ）グレード］を結合剤として加えて成形した
後、アルゴン雰囲気中１２００℃で焼成して製造してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この様に黒
鉛粉末を焼き固めて製造した原料を使用すると、結果的
にロースートの生成効率が悪く、多大の電力を必要と
し、ひいては炭素クラスター乃至はクラスター化合物の
製造コストが上昇してしまうという不都合があった。そ
こで、本発明者らはアーク放電方式やレーザー加熱方式
により炭素クラスター乃至はクラスター化合物を安価に
製造できる原料を見つけるべく鋭意検討した結果、黒鉛
粉末、即ち既黒鉛化炭素質材料の成形体よりも寧ろ未黒
鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛化性炭素質材料の圧粉体を
高温処理して得られる成形体を用いた方が、ロースート
の生成効率がはるかに高く、結果的に炭素クラスター乃
至はクラスター化合物の回収効率が著しく高まり、製造
コストが顕著に低下することを見い出し、本発明を完成
するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の炭素クラ
スター製造用原料は、未黒鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛
化性炭素質材料を骨材とする圧粉体を高温処理して得ら
れる成形体で構成され、前記成形体の電気固有抵抗が１
０〜８１μΩ・ｍで、かつ、三点曲げ強さが１０〜１０
１ＭＰａであることを特徴とする。

【０００７】本発明において使用する前記未黒鉛化炭素
質材料乃至は難黒鉛化性炭素質材料とは、天然黒鉛や人
造黒鉛粉末といった既に黒鉛化が十分に進行した炭素質
材料以外の炭素質材料を意味する。ここで、炭素質材料
とは炭素から実質的に成る又は炭素を主成分とする材料
を意味するが、炭素を主成分とするものでも適宜の高温
処理により炭素から実質的に成る材料に転化し得るもの
であることが必要である。

【０００８】具体的に述べると、前記未黒鉛化炭素質材
料は常圧下又は加圧下での適宜の高温処理により黒鉛化
が十分に乃至はある程度進行する炭素質材料を意味し、
以下に定義する難黒鉛化性炭素質材料を除く各種コーク
ス類（例えばニードルコークス等の石油系や石炭系の仮
焼された又は仮焼されていないコークス類やアントラセ
ン、ポリ塩化ビニル等の有機物を炭素化して得られるコ
ークス類を包含する）、各種ピッチ類（コールタールピ
ッチや石油系ピッチを包含する）、メソフェーズカーボ
ン（メソカーボンマイクロビーズやバルクメソフェーズ
などを包含する）、熱分解炭素などを包含する。また、
前記難黒鉛化性炭素質材料は高温処理によっても黒鉛化
が進行し難い炭素質材料を意味し、各種カーボンブラッ
ク類（サーマルブラック、ファーネスブラック、ランプ
ブラック、チャネルブラックなどを包含する）、難黒鉛
化性コークス類（フリュードコークス、ギルソナイトコ
ークスなどを包含する）、ガラス状炭素、フェノール樹
脂やフラン樹脂の炭素化物などを包含する。

【０００９】これらの未黒鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛
化性炭素質材料を用いて圧粉体を製造する際には、生コ
ークスやメソフェーズカーボン等の自己結合性炭素質材
料を用いる場合には単独で圧粉体を形成し得るし、それ
以外は適宜の骨材（粒子状以外に繊維状等の形状でもよ
い）と結合剤とを組み合せて圧粉体を形成することがで
きる。その際に、骨材や結合剤として未黒鉛化炭素質材
料と難黒鉛化性炭素質材料とを適宜組み合わせて使用す
ることもできる。具体的には、コークスやカーボンブラ
ック等の骨材とピッチ等の結合剤とを用いて圧粉体を形
成することができる。粒子状の骨材を用いる場合には、
平均粒径が５０μｍ以下の粉粒体を用いることが好まし
い。平均粒径が５０μｍを超えると、炭素クラスター製
造時に蒸発しにくくなり、またスパッターによる粒子脱
落が多くなり、効率の低下を招く。更に別の観点から見
ると、成形体の強度低下を招き易くなり、歩留りも悪く
なる可能性がある。

【００１０】骨材と結合剤とを組み合わせた圧粉体の製
造は、常法により骨材を粉砕して適宜の粒度に調整し、
次いで結合剤と適宜の温度で混和し、かくして得られる
造粒物を再度粉砕して粒度を調整した後、冷間等方圧加
圧成形、押出、型込め等の成形法を用いて成形すること
により行なうことができる。あるいは、熱間等方圧加圧
成形やホットプレス法を用いて前記高温処理と並行して
行なうこともできる。また、自己結合性の炭素質材料を
用いる場合には、この炭素質材料を適宜の粒度に調整し
た後、前述の様な成形法により成形して圧粉体を製造す
ることができる。なお、金属入りフラーレンの製造に用
いる電極を作製する場合は、例えば前記混和の際に所望
する金属化合物（例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌｕ等の元素周期律表ＩＩＩａ族元素の酸
化物）を前記未黒鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛化性炭素
質材料と混和することにより含有させればよい。

【００１１】次に、かくして得られる圧粉体を高温処理
する。この高温処理は、炭素質材料から揮発分を除き、
炭素化が十分に進行する温度での熱処理程度でもよく、
黒鉛化が十分に進行する温度での熱処理を必ずしも必要
としない。あるいは、炭素化を進行させる熱処理（焼
成）と黒鉛化を進行させる熱処理（黒鉛化処理）とを組
み合わせて行なってもよい。また、常法に従って、焼成
品を緻密化させるためのピッチや樹脂の含浸、二次焼成
を合わせて行なってもよい。通常、高温処理は８００乃
至３０００℃の温度範囲で行ない、その際には従来公知
の焼成炉、含浸装置、黒鉛化炉などを使用することがで
きるし、ホットプレスや熱間等方圧加圧成形を用いるこ
ともできる。

【００１２】かくして得られる高温処理物を、必要に応
じて機械加工することにより所望する炭素クラスター製
造用原料の成形体を得ることができる。成形体は、アー
ク放電方式用の柱状をはじめとして様々な形状とするこ
とができる。成形体のかさ密度は、１．００乃至２．０
０Ｍｇ／ｍ³であることが好ましい。かさ密度が１．０
０Ｍｇ／ｍ³未満であると、多孔質となり、使用の際の
固定が難しくなり、またスパッターによる粒子脱落が多
くなる。更に、単位体積あたりの材料量が少ないため
に、より多くの作業回数を必要とし、経済的な効率が悪
くなる。かさ密度が２．００Ｍｇ／ｍ³を超えると、耐
スポーリング性が劣化し、放電の際の熱衝撃によりクラ
ックが発生し易くなり、ひいては成形体の破損につなが
る。また、成形体の電気固有抵抗は、１０μΩ・ｍ以上
であることが好ましい。固有抵抗が１０μΩ・ｍ未満で
あると、アーク放電がしにくく、発熱量が不足し、カー
ボンの蒸発速度が著しく低下するという不都合がある。
このため、放電の際に、より多くの電流を流す必要があ
り、経済性が悪くなる。更に、成形体が炭素質材料のみ
から成る成形体である場合の三点曲げ強さは１０ＭＰａ
以上であることが好ましい。即ち、アーク放電方式の場
合には、放電に耐え得る強度や耐熱衝撃性を保つ上で１
０ＭＰａ以上の曲げ強さが必要であり、これより低いと
粒子脱落が生じ易くなる。

【００１３】

【実施例】本発明を以下の実施例に基づき具体的に説明
するが、本発明の実施態様はこれらに限定されない。

【００１４】実施例１石油系コークス（平均粒径：２０μｍ）１００質量部に
対し市販のコールタールピッチ（中ピッチ、軟化点９５
℃）６５質量部を加え、１５０〜２５０℃で混練りを行
なった。この混練物を平均粒径約１００μｍに粉砕後、
約９８ＭＰａの加圧力で冷間等方圧加圧成形を行なっ
た。その後、得られた圧粉体を約１０００℃で焼成し、
不活性雰囲気下で約２８００℃まで昇温して熱処理を行
ない、３００×２００×８０（ｍｍ）の寸法の黒鉛化物
を得た。この黒鉛化物のかさ密度は１．７Ｍｇ／ｍ³で
あり、電気固有抵抗は１３μΩ・ｍであり、三点曲げ強
さは３０ＭＰａであった。

【００１５】実施例２石油系コークス１００質量部に対しコールタールピッチ
６５質量部を加え、焼成後にピッチ含浸と二次焼成を行
なった以外は実施例１と同様にして黒鉛化物を得た。こ
の黒鉛化物のかさ密度は１．８Ｍｇ／ｍ³であり、電気
固有抵抗は１１μΩ・ｍであり、三点曲げ強さは３８Ｍ
Ｐａであった。

【００１６】実施例３メソカーボンマイクロビーズ（平均粒径：１０μｍ）を
単独で冷間等方圧加圧成形した以外は実施例１と同様に
して黒鉛化物を得た。この黒鉛化物のかさ密度は１．９
Ｍｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は１４μΩ・ｍであ
り、三点曲げ強さは１０１ＭＰａであった。

【００１７】実施例４市販のファーネスブラック（電子顕微鏡法により測定し
た平均粒径：約０．１μｍ、窒素吸着法により測定した
比表面積：２３ｍ²／ｇ）１００質量部に対し市販のコ
ールタールピッチ（中ピッチ、軟化点９５℃）７５質量
部を加え、Ｚ型ミキサー内で１５０〜２００℃で混練り
を行なった。この混練物を平均粒径約５０μｍに粉砕
後、型押しプレスを用いて約９８ＭＰａの加圧力で成形
を行なった。その後、得られた圧粉体を約１０００℃で
焼成し、不活性雰囲気下で約２８００℃まで昇温して熱
処理を行ない、１２０×２４０×５０（ｍｍ）の寸法の
高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密度は１．８
Ｍｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は５５μΩ・ｍであ
り、三点曲げ強さは４１ＭＰａであった。

【００１８】実施例５ファーネスブラックの代わりに市販のサーマルブラック
（電子顕微鏡法により測定した平均粒径：約０．１μ
ｍ、窒素吸着法により測定した比表面積：１９ｍ ²／
ｇ）を用い、ピッチの添加割合をサーマルブラック１０
０質量部に対して４５質量部とした以外は、実施例４と
同様にして高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密
度は１．８Ｍｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は８１μΩ
・ｍであり、三点曲げ強さは３０ＭＰａであった。

【００１９】実施例６実施例４で用いたファーネスブラック６０質量部と実施
例１で用いた石油系コークス４０質量部とに実施例１で
用いたピッチ７０質量部を加えて混練りした以外は実施
例１と同様にして高温処理物を得た。この高温処理物の
かさ密度は１．７Ｍｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は３
５μΩ・ｍであり、三点曲げ強さは３４ＭＰａであっ
た。

【００２０】参考例１石油系コークスの代わりに市販の天然りん状黒鉛（平均
粒径：約１００μｍ）を用い、ピッチの添加割合を天然
黒鉛１００質量部に対して４０質量部とし、混練物の粉
砕後の平均粒径を約５００μｍとした以外は、実施例１
と同様にして高温処理物を得た。この高湿処理物のかさ
密度は１．７Ｍｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は９μΩ
・ｍであり、三点曲げ強さは８ＭＰａであった。なお、
本参考例で得られた高温処理物は異方性が強いが、電気
固有抵抗と三点曲げ強さの測定値は試料の長手方向に関
する値である。

【００２１】実施例１乃至６及び参考例１で得られた黒
鉛化物乃至は高温処理物の夫々から、機械加工により６
×６×１２０（ｍｍ）の寸法のフラーレン製造用電極棒
を切り出し、これを図１に示したフラーレン製造実験装
置１１に装着して、アーク放電方式により放電電流を６
０Ａとして放電させてロースートを生成させた。

【００２２】放電の際には、実験装置１１内を、導入口
１２からヘリウムガスを流し、１００Ｔｏｒｒ封入で放
電を行なった。得られた電極棒１３を直流電源１４と接
続した陽極１５に取り付け、ターゲットの役割を有する
陰極１６側には黒鉛材１７を用いた。放電室１８の下部
にロースート回収口１９、上部にトラップ２０を介して
ロータリーポンプと連結した排気口２１が存在する。ロ
ースートは前記トラップ部にも付着した。ロースートと
スパッター物との分離には、３５メッシュのふるいを用
いた。ロースート変換率を、これら全てのロースートの
質量を、電極棒の消耗量に対する百分率として求めた。

【００２３】次に、かくして得られたロースートから、
溶剤としてベンゼンを用いてフラーレンを抽出した。こ
のフラーレンのベンゼン溶液の紫外光スペクトルの測定
からフラーレンを定量し、ロースートに対する百分率と
してフラーレン収率を求めた。また、陰極堆積物の電極
消耗量に対する百分率を計算して、陰極堆積物変換率を
求めた。また、放電時間を３０分としたときの夫々の電
極棒の消耗率を測定した。これらの結果を、合せて表１
に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１、特に３０分の放電による電極消耗量
のデータから明らかな様に、本発明による炭素クラスタ
ー製造用原料を用いると、黒鉛粉末を原料とした場合よ
りロースートの生成効率が高く、あるいは放電電力を低
減させることができ、結果的にロースートの製造コスト
を低下させることができる。これは、放電時間、ロース
ート変換率及びフラーレン収率から総合的に判断したフ
ラーレンの回収効率を見ても明らかである。なお、トラ
ップ２０の部分から回収したロースートのみについてフ
ラーレン収率を別途求めたが、何れも表１に示したロー
スート全体のフラーレン収率の平均値より約１乃至３％
高い値を示した。個別に見ると、コークスとピッチとを
原料とした実施例１はロースート変換率が良く効率が良
い。ピッチ含浸、二次焼成によってかさ密度を高めた実
施例２では、ロースートの変換効率が高いと共に、フラ
ーレン収率も高く、また放電がし易い。メソカーボンマ
イクロビーズを用いた実施例３では、ロースート変換率
が良く、効率が良いと共に、放電がし易い。カーボンブ
ラックを用い、固有抵抗の高い実施例４乃至６は、実施
例１乃至３に比べて全般的に電極消耗料が高く、放電効
率が良い。更に個々に見ると、ファーネスブラックを用
いた実施例４は、放電がし易いと共にフラーレン収率が
高い。サーマルブラックを用いた実施例５では、放電が
非常にし易い。更に、ファーネスブラックとコークスと
の混合物を用いた実施例６では、高いフラーレン収率を
保ちながら放電がし易くなる。

【００２６】

【発明の効果】上記実施例でも実証した様に、本発明の
炭素クラスター製造用原料を用いると、従来の黒鉛粉末
を用いて製造された原料を用いた場合に比べてロースー
トの生成効率がはるかに高くなり、結果的に炭素クラス
ター乃至はクラスター化合物の回収効率が著しく高ま
り、製造コストが顕著に低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素クラスター製造装置の一例を示した模式図
である。

【符号の説明】

１１フラーレン製造装置１２ヘリウムガス導入口１３本発明の炭素クラスター製造用原料である電極棒１４直流電源１５陽極１６陰極１７黒鉛材１８放電室１９ロースート回収口２０トラップ２１排気口

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年６月１０日（２００３．６．１
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】炭素クラスター製造用原料

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この様に黒
鉛粉末を焼き固めて製造した原料を使用すると、結果的
にロースートの生成効率が悪く、多大の電力を必要と
し、ひいては炭素クラスター乃至はクラスター化合物の
製造コストが上昇してしまうという不都合があった。そ
こで、本発明者らはアーク放電方式やレーザー加熱方式
により炭素クラスター乃至はクラスター化合物を安価に
製造できる原料を見つけるべく鋭意検討した結果、黒鉛
粉末、即ち既黒鉛化炭素質材料の成形体よりも寧ろ未黒
鉛化炭素質材料であるメソフェーズカーボンを骨材とす
る圧粉体を高温処理して得られる成形体を用いた方が、
ロースートの生成効率がはるかに高く、結果的に炭素ク
ラスター乃至はクラスター化合物の回収効率が著しく高
まり、製造コストが顕著に低下することを見い出し、本
発明を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の炭素クラ
スター製造用原料は、メソフェーズカーボンを骨材とす
る圧粉体を高温処理して得られる成形体で構成されてい
ることを特徴とする。

【０００７】本発明において使用するメソフェーズカー
ボンは、いわゆる未黒鉛化炭素質材料と呼ばれ、常圧下
又は加圧下での適宜の高温処理により黒鉛化が十分に乃
至はある程度進行する炭素質材料の一種である。メソカ
ーボンマイクロビーズやバルクメソフェーズなどを包含
するメソフェーズカーボン以外の未黒鉛化炭素質材料と
しては、難黒鉛化性炭素質材料を除く各種コークス類
（例えばニードルコークス等の石油系や石炭系の仮焼さ
れた又は仮焼されていないコークス類やアントラセン、
ポリ塩化ビニル等の有機物を炭素化して得られるコーク
ス類を包含する）、各種ピッチ類（コールタールピッチ
や石油系ピッチを包含する）、熱分解炭素などがある。
なお、難黒鉛化性炭素質材料とは、高温処理によっても
黒鉛化が進行し難い炭素質材料を意味し、各種カーボン
ブラック類（サーマルブラック、ファーネスブラック、
ランプブラック、チャネルブラックなどを包含する）、
難黒鉛化性コークス類（フリュードコークス、ギルソナ
イトコークスなどを包含する）、ガラス状炭素、フェノ
ール樹脂やフラン樹脂の炭素化物などを包含する。

【０００８】本発明で使用するメソフェーズカーボン
は、自己結合性炭素質材料であり、単独で圧粉体を形成
し得る。粒子状の骨材を用いる場合には、平均粒径が５
０μｍ以下の粉粒体を用いることが好ましい。平均粒径
が５０μｍを超えると、炭素クラスター製造時に蒸発し
にくくなり、またスパッターによる粒子脱落が多くな
り、効率の低下を招く。更に別の観点から見ると、成形
体の強度低下を招き易くなり、歩留りも悪くなる可能性
がある。そして、適宜の粒度に調整した後、冷間等方圧
加圧成形、押出、型込め等の成形法を用いて成形して圧
粉体を製造することができる。あるいは、熱間等方圧加
圧成形やホットプレス法を用いて前記高温処理と並行し
て行なうこともできる。なお、金属入りフラーレンの製
造に用いる電極を作製する場合は、例えば、所望する金
属化合物（例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｇｄ、Ｌｕ等の元素周期律表IIIａ族元素の酸化物）
を、メソフェーズカーボンに混和することにより含有さ
せればよい。

【０００９】次に、かくして得られる圧粉体を高温処理
する。この高温処理は、炭素質材料から揮発分を除き、
炭素化が十分に進行する温度での熱処理程度でもよく、
黒鉛化が十分に進行する温度での熱処理を必ずしも必要
としない。あるいは、炭素化を進行させる熱処理（焼
成）と黒鉛化を進行させる熱処理（黒鉛化処理）とを組
み合わせて行なってもよい。また、常法に従って、焼成
品を緻密化させるためのピッチや樹脂の含浸、二次焼成
を合わせて行なってもよい。通常、高温処理は８００乃
至３０００℃の温度範囲で行ない、その際には従来公知
の焼成炉、含浸装置、黒鉛化炉などを使用することがで
きるし、ホットプレスや熱間等方圧加圧成形を用いるこ
ともできる。

【００１０】かくして得られる高温処理物を、必要に応
じて機械加工することにより所望する炭素クラスター製
造用原料の成形体を得ることができる。成形体は、アー
ク放電方式用の柱状をはじめとして様々な形状とするこ
とができる。成形体のかさ密度は、１．００乃至２．０
０Ｍｇ／ｍ³であることが好ましい。かさ密度が１．０
０Ｍｇ／ｍ³未満であると、多孔質となり、使用の際の
固定が難しくなり、またスパッターによる粒子脱落が多
くなる。更に、単位体積あたりの材料量が少ないため
に、より多くの作業回数を必要とし、経済的な効率が悪
くなる。かさ密度が２．００Ｍｇ／ｍ³を超えると、耐
スポーリング性が劣化し、放電の際の熱衝撃によりクラ
ックが発生し易くなり、ひいては成形体の破損につなが
る。また、成形体の電気固有抵抗は、１０μΩ・ｍ以上
であることが好ましい。固有抵抗が１０μΩ・ｍ未満で
あると、アーク放電がしにくく、発熱量が不足し、カー
ボンの蒸発速度が著しく低下するという不都合がある。
このため、放電の際に、より多くの電流を流す必要があ
り、経済性が悪くなる。更に、成形体が炭素質材料のみ
から成る成形体である場合の三点曲げ強さは１０ＭＰａ
以上であることが好ましい。即ち、アーク放電方式の場
合には、放電に耐え得る強度や耐熱衝撃性を保つ上で１
０ＭＰａ以上の曲げ強さが必要であり、これより低いと
粒子脱落が生じ易くなる。

【００１１】

【００１２】メソカーボンマイクロビーズ（平均粒径：
１０μｍ）を単独で約９８ＭＰａの加圧力で冷間等方圧
加圧成形した。その後、得られた圧粉体を約１０００℃
で焼成し、不活性雰囲気下で約２８００℃まで昇温して
熱処理を行ない、３００×２００×８０（ｍｍ）の寸法
の黒鉛化物を得た。この黒鉛化物のかさ密度は１．９Ｍ
ｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は１４μΩ・ｍであり、
三点曲げ強さは１０１ＭＰａであった。

【００１３】（参考例）市販の天然りん状黒鉛（平均粒
径：約１００μｍ）１００質量部に対し市販のコールタ
ールピッチ（中ピッチ、軟化点９５℃）４０質量部を加
え、１５０〜２５０℃で混練りを行なった。この混練物
を平均粒径約５００μｍに粉砕後、約９８ＭＰａの加圧
力で冷間等方圧加圧成形を行なった。その後、得られた
圧粉体を約１０００℃で焼成し、不活性雰囲気下で約２
８００℃まで昇温して熱処理を行ない、３００×２００
×８０（ｍｍ）の寸法の黒鉛化物を得た。この黒鉛化物
のかさ密度は１．７Ｍｇ／ｍ³であり、電気固有抵抗は
９μΩ・ｍであり、三点曲げ強さは８ＭＰａであった。
なお、本参考例で得られた高温処理物は異方性が強い
が、電気固有抵抗と三点曲げ強さの測定値は試料の長手
方向に関する値である。

【００１４】上記実施例及び参考例により得られた黒鉛
化物乃至は高温処理物の夫々から、機械加工により６×
６×１２０（ｍｍ）の寸法のフラーレン製造用電極棒を
切り出し、これを図１に示したフラーレン製造実験装置
１１に装着して、アーク放電方式により放電電流を６０
Ａとして放電させてロースートを生成させた。

【００１５】放電の際には、実験装置１１内を、導入口
１２からヘリウムガスを流し、１００Ｔｏｒｒ封入で放
電を行なった。得られた電極棒１３を直流電源１４と接
続した陽極１５に取り付け、ターゲットの役割を有する
陰極１６側には黒鉛材１７を用いた。放電室１８の下部
にロースート回収口１９、上部にトラップ２０を介して
ロータリーポンプと連結した排気口２１が存在する。ロ
ースートは前記トラップ部にも付着した。ロースートと
スパッター物との分離には、３５メッシュのふるいを用
いた。ロースート変換率を、これら全てのロースートの
質量を、電極棒の消耗量に対する百分率として求めた。

【００１６】次に、かくして得られたロースートから、
溶剤としてベンゼンを用いてフラーレンを抽出した。こ
のフラーレンのベンゼン溶液の紫外光スペクトルの測定
からフラーレンを定量し、ロースートに対する百分率と
してフラーレン収率を求めた。また、陰極堆積物の電極
消耗量に対する百分率を計算して、陰極堆積物変換率を
求めた。また、放電時間を３０分としたときの夫々の電
極棒の消耗率を測定した。これらの結果を、合せて表１
に示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１、特に３０分の放電による電極消耗量
のデータから明らかな様に、本発明による炭素クラスタ
ー製造用原料を用いると、黒鉛粉末を原料とした場合よ
りロースートの変換率、生成効率が高く、放電がし易い
ことが分かる。このため、放電電力を低減させることが
でき、結果的にロースートの製造コストを低下させるこ
とができる。これは、放電時間、ロースート変換率及び
フラーレン収率から総合的に判断したフラーレンの回収
効率を見ても明らかである。なお、トラップ２０の部分
から回収したロースートのみについてフラーレン収率を
別途求めたが、何れも表１に示したロースート全体のフ
ラーレン収率の平均値より約１乃至３％高い値を示し
た。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１１フラーレン製造装置１２ヘリウムガス導入口１３本発明の炭素クラスター製造用原料である電極棒１４直流電源１５陽極１６陰極１７黒鉛材１８放電室１９ロースート回収口２０トラップ２１排気口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長澤健東京都文京区湯島２丁目10番10号マキノビル東洋炭素株式会社内Ｆターム(参考） 4G146 AA01 AA02 AA07 AB05 AC20B AC22B AC23B BA01 BA02 BA22 BA23 BA24 BA27 BA40 BA46 BB04 BB05 BB06 BB10 BC04 BC07 BC17 BC23 BC33B BC35B

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メソフェーズカーボンを骨材とする圧粉
体を高温処理して得られる成形体で構成されていること
を特徴とする炭素クラスター製造用原料。
【請求項２】前記圧粉体に、元素周期律表IIIａ族の
元素の酸化物が混和されている請求項１に記載の炭素ク
ラスター製造用原料。