(57)【要約】【課題】１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物の混合状態を、破壊検査することなく、容易に測定することができるセラミック含有混合物の混合状態測定方法を提供する。【解決手段】１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定し、得られた吸収または反射スペクトルから、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認するセラミック含有混合物の混合状態測定方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定し、得られた吸収または反射スペクトルから、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認するセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【請求項２】
前記得られた吸収または反射スペクトルと、予め測定しておいたセラミック含有混合物の混合状態とセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルとの関係と、を対比して、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認する請求項１に記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【請求項３】
水の含有量がセラミック含有混合物全体の１５〜３０質量％である請求項１又は２に記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【請求項４】
前記セラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定するときにテラヘルツ電磁波が入射する前記セラミック含有混合物の面が、表面粗さ０．１〜１０μｍＲａの面である請求項１〜３のいずれかに記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【請求項５】
前記セラミック含有混合物中に、前記セラミック粉末として少なくともアルミナ粉末が含有されている請求項１〜４のいずれかに記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【請求項６】
前記セラミック含有混合物が、成形原料の混練物を押出成形してセラミック成形体としたものであり、前記セラミック成形体についてテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定する請求項１〜５のいずれかに記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック含有混合物の混合状態測定方法に関し、さらに詳しくは、１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物の混合状態を、破壊検査することなく、容易に測定することができるセラミック含有混合物の混合状態測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物を、所望の形状に成形してセラミック成形体を作製し、セラミック成形体を乾燥、焼成してセラミック構造体が作製されている。上記セラミック含有混合物は、通常、１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含む原料を混合した後、混練して得られる。ここで、混練とは、ある一定圧力を加えながら混合することで、バインダー、界面活性剤と水がセラミック粒子上に付着して粘土状に変化する過程であり、この練る工程をいう。のことをいう。そして、混練の状態（混合状態）が不十分であると、乾燥又は焼成のときにクラックが発生するという問題があった。
【０００３】
そのため、セラミック構造体を製造するに際し、セラミック含有混合物の混合状態を確認し、均一な混合状態を維持することが必要である。従来、セラミック含有混合物の混合状態が均一であるか否かを確認する場合には、３軸剪断試験等の破壊検査を行う必要があった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３３３７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セラミック構造体の製造過程において、３軸剪断試験等の破壊検査を行う場合、試験用のサンプルを採取し、そのサンプルについて試験を行い、その後、その結果を製造工程に反映させることになる。そのため、サンプリングをした後、その結果が製造工程に反映されるまでに、長い時間がかかり、セラミック含有混合物の混合状態を安定して良好に維持することが必ずしも容易ではなかった。また、セラミック成形体について上記破壊試験を行うと、製品歩留まりの低下にもつながることがあった。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物の混合状態を、破壊検査することなく、容易に測定することができるセラミック含有混合物の混合状態測定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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下のセラミック含有混合物の混合状態測定方法を提供する。
【０００７】
［１］  １種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定し、得られた吸収または反射スペクトルから、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認するセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【０００８】
［２］  前記得られた吸収スペクトルと、予め測定しておいたセラミック含有混合物の混合状態とセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルとの関係と、を対比して、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認する［１］に記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【０００９】
［３］  水の含有量がセラミック含有混合物全体の１５〜３０質量％である［１］又は［２］に記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【００１０】
［４］  前記セラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定するときにテラヘルツ電磁波が入射する前記セラミック含有混合物の面が、表面粗さ０．１〜１０μｍＲａの面である［１］〜［３］のいずれかに記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【００１１】
［５］  前記セラミック含有混合物中に、前記セラミック粉末として少なくともアルミナ粉末が含有されている［１］〜［４］のいずれかに記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【００１２】
［６］  前記セラミック含有混合物が、成形原料の混練物を押し出し成形してセラミック成形体としたものであり、前記セラミック成形体についてテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定する［１］〜［５］のいずれかに記載のセラミック含有混合物の混合状態測定方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセラミック含有混合物の混合状態測定方法によれば、セラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定して、セラミック含有混合物中のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認するため、セラミック構造体の製造工程内に測定装置を設置して、破壊検査を行うことなく、製造を行いながら短時間で容易に混合状態を測定することができる。それにより、セラミック構造体の製造工程において、セラミック含有混合物の混合状態を安定して良好に維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１５】
本発明のセラミック含有混合物の混合状態測定方法の一の実施形態は、１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水を含有するセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定し、得られた吸収または反射スペクトルから、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認するものである。
【００１６】
これにより、テラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルは非破壊検査であるため、製造装置内にテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトル測定装置を設置し、セラミック構造体を製造しながら短時間で容易にセラミック混合物の混合状態が均一であるか否かを測定することができる。ここで、セラミック含有混合物は、セラミック構造体を作製するための原料を混練した混練物のことであるが、これは、セラミック成形体を形成する前の、原料を混練した混練物であってもよいし、混練物を所望の形状に成形したセラミック成形体であってもよい。
【００１７】
本実施形体のセラミック含有混合物の混合状態測定方法において、「混合状態」というときは、セラミック含有混合物中の各成分の、分散状態の均一性を意味する。混合状態が良好であるというときは、各成分が、セラミック含有混合物中において、全体的に均一に分散した状態（均一な混合状態）であることを意味し、混合状態が良好でないというときは、各成分が、セラミック含有混合物中において、均一に分散した状態になっていないことを意味する。各成分が、セラミック含有混合物中で均一に分散しているか否かは、セラミック含有混合物を、乾燥、焼成させたときに、ひび割れ、クラック等が発生するか否かで判断することができる。各成分が、セラミック含有混合物中で均一に分散している場合、セラミック含有混合物を、乾燥、焼成させたときに、ひび割れ等は発生し難くなる。各成分が、セラミック含有混合物中で均一に分散していない場合、セラミック含有混合物を、乾燥、焼成させたときに、ひび割れ等が発生し易くなる。
【００１８】
また、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤、水及び必要に応じて他の成分を混合し、更に混練していくと、セラミック粉末の表面に水、有機バインダー及び界面活性剤を含有する混合液の層が形成されていく（混合液が吸着され、層を形成する）。セラミック含有混合物の混合状態が均一になるほど、各セラミック粉末上の混合液の層が均一な厚さとなり、混練することで厚みが薄くなり、更に、各セラミック粉末に吸着された混合液の組成比が、それぞれ近似した比になる。そして、本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法は、このように混練により混合液の層の組成や厚みが変化する状態をテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルにより測定し、混合状態が均一になったか否かを測定する。
【００１９】
本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法においては、セラミック含有混合物の混合状態と、セラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射ペクトルとの関係をあらかじめ測定しておき、その測定結果を検量線として用いて、得られたテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルをその検量線と対比して、１種類以上のセラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の混合状態を同時に確認することが好ましい。本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法においては、０．１〜６．０ＴＨｚの周波数帯域におけるテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルで、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水の吸収または反射を検知することができるため、各成分の混合状態を同時に測定でき、一つの装置で短時間のうちに各成分の混合状態を同時に確認できるという利点を有する。
【００２０】
本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法において用いる、テラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルの測定装置は、特に限定されるものではなく、セラミック粉末、有機バインダー、界面活性剤及び水のなかの１材料以上についての吸収または反射スペクトルを同時に得られるものであればよい。テラヘルツ電磁波発生装置としては、例えば、半導体レーザーを用いたテラヘルツ電磁波発生装置（例えば、特開２００６−９１８０２号公報を参照）等を用いることができる。また、光源としてはとしては、固体結晶を用いたＹＡＧレーザーや、光パラメトリック発振器を用いることができ、位相整合用の結晶としては、ＧａＰやＧａＳｅを用いることができ、検出器としてはボロメーターを用いることができる。
【００２１】
本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法においては、セラミック含有混合物中に、セラミック粉末として、少なくとも、テラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルが確認されているセラミック粉末が含有されていることが好ましい。このようなセラミック粉末を「特定セラミック粉末」ということとする。これにより、セラミック粉末の混合状態をより容易に確認することができる。このような特定セラミック粉末としては、アルミナ粉末、カオリン粉末、タルク粉末、シリカ粉末、炭化珪素粉末等を挙げることができる。特定セラミック粉末は、他のセラミック粉末と同じ平均粒径であることが好ましい。また、特定セラミック粉末の、セラミック含有混合物中の含有率は、５０〜９８質量％が好ましい。５０質量％より少ないと、検出し難くなることがあり、９８質量％より多いと、主たるセラミック成分の特性に、良くない影響を与えることがある。尚、主たるセラミック成分と特定セラミック粉末とが同じ成分である場合には、上記特定セラミック粉末の含有率の好ましい範囲を満たす必要はない。ここで、主たるセラミック成分というときは、セラミック含有混合物に含有される、所望のセラミック構造体の材質を得るための原料となる、セラミック成分（粉末）である。例えば、炭化珪素を材質とするセラミック構造体を作製する場合には、主たるセラミック成分は炭化珪素であり、コージェライトを材質とするセラミック構造体を作製する場合には、焼成してコージェライトとなる原料系が、主たるセラミック成分である。
【００２２】
また、セラミック含有混合物中に含有される界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコート、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール、グリセリン等を挙げることができる。また、セラミック含有混合物中に含有される有機バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。
【００２３】
また、水の含有量がセラミック含有混合物全体の１５〜３０質量％であることが好ましい。
【００２４】
テラヘルツ電磁波の吸収スペクトルにおいて、水の吸収は０．２〜２．０ＴＨｚの周波数領域に観測される。
【００２５】
本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法においては、セラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定するときに、テラヘルツ電磁波が入射するセラミック含有混合物の面が、表面粗さ０．１〜１０μｍＲａの面であることが好ましく、表面粗さ０．５〜３．０μｍＲａの面であることが更に好ましい。表面粗さをこのような範囲とすることにより、テラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを高感度で測定することができる。表面粗さは、値が小さいほど好ましいが、０．１μｍＲａより小さな値とすることは、セラミック成形体の製造工程においては、現在のところ難しい。表面粗さが、１０μｍＲａより大きいと、テラヘルツ電磁波がセラミック含有混合物の表面で散乱されて、吸収または反射スペクトルの感度が低下することがある。表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ６０１規格により測定した値であり、材料の乾燥後に計測すると数値の精度が増す。
【００２６】
本実施形態のセラミック含有混合物の混合状態測定方法を用いて製造するセラミック構造体としては、ハニカム構造体であることが好ましい。ハニカム構造体は、中心軸方向に貫通する複数のセルを区画成形する隔壁と、隔壁を取り囲むように外周に配設された外周壁とを備えた、筒状の構造体である。ハニカム構造体は、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルターとして、また、触媒を担持して排ガスを浄化するための触媒担体として使用される。ハニカム構造体の製造方法は、まず、セラミック粉末、水、有機バインダー、界面活性剤及び必要に応じて他の成分を混合し、更に混練してセラミック含有混合物（成形原料の混練物）を得る。ここで、セラミック粉末、水、有機バインダー、界面活性剤及び必要に応じて添加される他の成分が、成形原料である。そして、押出成形機等を用いて、セラミック含有混合物をハニカム形状に成形して、ハニカム成形体を得る。そして、得られたハニカム成形体を、乾燥、焼成してハニカム構造体とするものである。このようなハニカム構造体の製造方法において、本実施形体のセラミック含有混合物の混合状態測定方法を用いる場合、押出成形前のセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定するか、ハニカム成形体のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定することになる。ハニカム成形体と押出成形前のセラミック含有混合物とは、その形状が異なるだけで、その混合状態は同じと考えられる。そして、ハニカム成形体は、押出成形等の成形加工を経るため、その表面粗さが、上記表面粗さの好ましい範囲に含まれるような低い値となるため、ハニカム成形体のテラヘルツ電磁波の吸収または反射スペクトルを測定することが好ましい。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
数種のセラミック粉末１００質量部に対し、有機バインダー（バインダー）を６．０質量部、界面活性剤を２．０質量部、水を３２．０質量部混合して、全体を１ｋｇとした。セラミック粉末は、アルミナ１４質量％、水酸化アルミニウム１５質量％、カオリン１９質量％、タルク４０質量％、石英１２質量％の組成比とした。得られた混合物を加圧ニーダー（トーシン社製、商品名：ＴＤ１−３Ｍ型加圧式ニーダー）にて５０分間混練してセラミック含有混合物を得た。セラミック含有混合物中のアルミナの含有率は、１０質量％であった。
【００２９】
上記混合物を混練してセラミック含有混合物を作製する過程において、１０分毎に約５０ｇのセラミック含有混合物を採取した。採取したセラミック含有混合物は、１軸試験機（オートグラフ）に取り付けた金型を用いて、長さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚み２ｍｍの板状に成形した。金型表面の表面粗さは２．０μｍＲａであり、得られた板状の成形体の表面粗さも２．０μｍＲａであった。表面粗さは、表面粗さ測定装置（Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ社製、商品面Ｓ４−Ｃ）を用いて、テラヘルツ分光測定後、乾燥した後に測定した。尚、上記原料を上記加圧ニーダーを用いて５０分間混練すると、セラミック含有混合物の混合状態は良好になり、後に乾燥、焼成を行ってもひび割れ、クラック等の発生は生じない。これに対し１０分間の混練では、混合状態が不十分であり、得られたセラミック含有混合物を、後に乾燥、焼成すると、ひび割れ、クラック等が発生する。
【００３０】
得られた板状のセラミック含有混合物について、テラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定した。結果を表１に示す。表１においては、各成分の吸収率が示されており、各成分とも、１０分間混練したセラミック含有混合物における吸収率を１としたときの値が示されている。また、表１において「１０分混練」の欄は、１０分間混練したセラミック含有混合物についての測定値を示し、他の表記（２０分混練、等）についても、同様の示し方をしている。
【００３１】
テラヘルツ電磁波の吸収スペクトルの測定には、０．１〜６ＴＨｚまで出力可能な光源を用いた。ＹＡＧレーザ（１．０６４μｍ）と光パラメトリック発振器（１．０３５〜１．０６３μｍ）から発生する近赤外光を、結晶性に優れたＧａＰ結晶にて混合し、テラヘルツ光を発生する。サンプルに吸収もしくは反射されたテラヘルツ波は、Ｓｉのボロメーターによって検出される。
【００３２】
【表１】
2010091276.tif 000002
【００３３】
（実施例２）
セラミック含有混合物を板状に成形するときの金型の表面粗さを０．１μｍＲａとし、得られた板状の成形体の表面粗さを０．１μｍＲａとした以外は、実施例１と同様にしてセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定した。混練時間は５０分とした。「水」についての測定値を表２に示す。表２においては、０．１μｍＲａの表面粗さの場合の吸収率を１として、それに対する比を示している。
【００３４】
【表２】
2010091276.tif 000003
【００３５】
（実施例３）
セラミック含有混合物を板状に成形するときの金型の表面粗さを１．０μｍＲａとし、得られた板状の成形体の表面粗さを１．０μｍＲａとした以外は、実施例１と同様にしてセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定した。混練時間は５０分とした。「水」についての測定値を表２に示す。
【００３６】
（実施例４）
セラミック含有混合物を板状に成形するときの金型の表面粗さを３．０μｍＲａとし、得られた板状の成形体の表面粗さを３．０μｍＲａとした以外は、実施例１と同様にしてセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定した。混練時間は５０分とした。「水」についての測定値を表２に示す。
【００３７】
（実施例５）
セラミック含有混合物を板状に成形するときの金型の表面粗さを１０μｍＲａとし、得られた板状の成形体の表面粗さを１０μｍＲａとした以外は、実施例１と同様にしてセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定した。混練時間は５０分とした。「水」についての測定値を表２に示す。
【００３８】
（実施例６）
セラミック含有混合物を板状に成形するときの金型の表面粗さを１２μｍＲａとし、得られた板状の成形体の表面粗さを１２μｍＲａとした以外は、実施例１と同様にしてセラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定した。混練時間は５０分とした。「水」についての測定値を表２に示す。
【００３９】
表１より、混練状態の変化に伴い、テラヘルツ電磁波の吸収スペクトルが変化していることがわかる。これより、セラミック含有混合物のテラヘルツ電磁波の吸収スペクトルを測定することにより、混合状態が均一であるかどうかを確認することが可能となる。また、表２より、成形体の表面粗さが１０μｍＲａを超えると、テラヘルツ電磁波の吸収スペクトルの感度が低くなっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のセラミック含有混合物の混合状態測定方法は、種々のセラミック構造体を効率的に製造するために利用することができる。