(57)【要約】【課題】周囲に水分の存在する湿潤環境においても膨潤しないセラミックス構造物の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のセラミックス構造物の製造方法は、ＲＢセラミックス粉末を製造する工程と、ＲＢセラミックス粉末を所定の形状に成形する工程と、成形体を焼成する工程と、を有するセラミックス構造物の製造方法において、成形体を焼成する工程の前に、ＲＢセラミックス粉末および／または成形体を水で洗浄する工程を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＢセラミックス粉末を製造する工程と、
該ＲＢセラミックス粉末を所定の形状に成形する工程と、
成形体を焼成する工程と、
を有するセラミックス構造物の製造方法において、
該成形体を焼成する工程の前に、該ＲＢセラミックス粉末および／または該成形体を水で洗浄する工程を有することを特徴とするセラミックス構造物の製造方法。
【請求項２】
前記ＲＢセラミックス粉末および／または前記成形体の洗浄は、該ＲＢセラミックス粉末および／または該成形体を水洗した溶液の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下になるまで行われる請求項１記載のセラミックス構造物の製造方法。
【請求項３】
ＲＢセラミックス粉末を製造する工程と、
該ＲＢセラミックス粉末を所定の形状に成形する工程と、
成形体を焼成する工程と、
を有する製造方法において、
該成形体を焼成する工程の前に、該ＲＢセラミックス粉末および／または該成形体を水で洗浄する工程を有する製造方法が施されてなることを特徴とするセラミックス構造物。
【請求項４】
前記ＲＢセラミックス粉末および／または前記成形体の洗浄は、該ＲＢセラミックス粉末および／または該成形体を水洗した溶液の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下になるまで行われる請求項３記載のセラミックス構造物。
【請求項５】
前記セラミックス構造物は、摺動部材である請求項３記載のセラミックス構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料（ＲＢセラミックス）を用いたセラミックス構造物を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、摺動部材に使用可能な新規な素材として、米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料（以下、ＲＢセラミックスと称する）が開発されている。このＲＢセラミックスの製造方法は、たとえば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、粒度を調整した米糠や麩等の麩糠類に、熱硬化性樹脂、および適量の糊料入り水溶液または水を加えて混練する工程、熱硬化性樹脂等の混練された麩糠類を所定粒度以下に造粒する工程、それら粒状物を所望する金型内に充填した上、加圧、脱気しながら成形する工程、金型から脱型した成形品を不活性ガス雰囲気中または真空中で所定の昇温速度に従って所望する最終焼成温度にまで達しさせて焼成、炭化する工程、および最終焼成温度から所定降温速度で常温まで冷却する工程とからなる多孔性炭素材製品の製造方法が開示されている。
【０００４】
そして、このような製造方法で製造されたＲＢセラミックスは、軽量、高強度、高硬度、高耐摩耗性等の効果を発揮する。これらの効果により、上記したように摺動部材に使用される。
【０００５】
しかしながら、ＲＢセラミックスは、周囲の水分を吸収して膨潤するという問題があった。つまり、膨潤を生じると、ＲＢセラミックスの製品全体の外形が変化し、所望の摺動特性が得られなくなっていた。
【特許文献１】特開平１０−１０１４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、周囲に水分の存在する湿潤環境においても膨潤しないセラミックス構造物の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明者らはＲＢセラミックスによるセラミックス構造物について検討を重ねた結果、ＲＢセラミックスに含まれる水溶性の不純物が周囲の水分を吸収することに着目し、この不純物を除去する工程を有することで上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明のセラミックス構造物の製造方法は、ＲＢセラミックス粉末を製造する工程と、ＲＢセラミックス粉末を所定の形状に成形する工程と、成形体を焼成する工程と、を有するセラミックス構造物の製造方法において、成形体を焼成する工程の前に、ＲＢセラミックス粉末および／または成形体を水で洗浄する工程を有する。
【０００９】
また、本発明のセラミックス構造物は、ＲＢセラミックス粉末を製造する工程と、ＲＢセラミックス粉末を水で洗浄する工程と、ＲＢセラミックス粉末を所定の形状に成形し、成形体を焼成する工程と、が施されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法およびセラミックス構造物は、焼成前にＲＢセラミックス粉末および／または成形体を水で洗浄する工程を有する。この工程により、焼成前の成形体中に不純物が含まれなくなる。この結果、ＲＢセラミックス中の不純物が周囲の水分を吸収しなくなり、形状の変化の抑えられた構造物が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（製造方法）
本発明の製造方法は、ＲＢセラミックス粉末を製造する工程、ＲＢセラミックス粉末を所定の形状に成形する工程、成形体を焼成する工程、を有する。
【００１２】
ＲＢセラミックス粉末の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の製造方法、たとえば、上記の特許文献１に記載の製造方法を用いることができる。また、製造されるＲＢセラミックス粉末の粒径は、特に限定されるものではない。つまり、セラミックス構造物の製造が可能となる粒径とすることができる。ここで、ＲＢセラミックス粉末の粒径は、その後の工程での洗浄が容易となることから、小さいほど好ましい。
【００１３】
ＲＢセラミックス粉末を所望の形状に成形する成形方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。成形方法は、たとえば、ＣＩＰ成形、油圧プレス成形、射出成形、押出成形を挙げることができる。
【００１４】
ＲＢセラミックス粉末の成形体を焼成する方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。たとえば、所定の雰囲気に調節した炉内で加熱する方法をあげることができる。
【００１５】
そして、本発明の製造方法は、成形体を焼成する工程の前に、ＲＢセラミックス粉末および／または成形体を水で洗浄する工程を有する。ＲＢセラミックス粉末および／または成形体を水で洗浄すると、ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）中に含まれる水溶性の不純物が溶出する。これにより、ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）中の不純物が除去される。ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）から水溶性の不純物を除去することで、その後の工程を施して製造されるセラミックス構造物が水溶性の不純物を含まなくなり、この結果、水分を吸収して膨潤することが抑えられる。
【００１６】
ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）の洗浄は、ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）中の水溶性の不純物を溶出させることができる洗浄方法であれば、その方法が限定されるものではない。たとえば、流水中にＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）を配置して連続的に洗浄する方法でも、貯留された水中にＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）を投入して攪拌した後に濾別することを繰り返す洗浄方法でも、いずれの方法でもよい。
【００１７】
なお、本発明の製造方法において、ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）を洗浄する水とは、純水だけでなく、水溶性の物質を溶解できる水系溶液を含む。より好ましくは、脱イオン水あるいは純水である。
【００１８】
ＲＢセラミックス粉末および／または成形体の洗浄は、ＲＢセラミックス粉末および／または成形体を水洗した溶液の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下になるまで行われることが好ましい。水洗した溶液（洗浄後の溶液）の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下となるまで水洗を行うことで、ＲＢセラミックス粉末（および／または成形体）中の水溶性不純物が除去できる。ここで、水洗した溶液の電気伝導度は、ＲＢセラミックス中の水溶性不純物に起因する。より具体的には、水洗すると、ＲＢセラミックス中の水溶性の不純物が洗浄水に溶出する。不純物が溶出すると、洗浄水の電気伝導度が上昇する。この電気伝導度は、溶出した不純物量と相関関係を持つ。つまり、ＲＢセラミックス粉末から溶出した不純物が少なくなると、電気伝導度が低下する。電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下となることで、ＲＢセラミックス中の不純物が溶出し終わったと判断できる。本発明の製造方法において、水洗した溶液の電気伝導度は、低ければ低いほど好ましく、５０μＳ／ｃｍがより好ましい。
【００１９】
本発明の製造方法において、焼成前に施される洗浄工程は、成形体の成形前に施されることが好ましい。つまり、ＲＢセラミックス粉末の状態で洗浄を行うことで、ＲＢセラミックス中の不純物の除去が容易となる。
【００２０】
本発明の製造方法において、成形体の焼成前に、成形体を予備する工程を有することが好ましい。予備乾燥を行うことで、焼成時に大きな形状変化が発生することを抑えることができる。
【００２１】
（セラミックス構造物）
本発明のセラミックス構造物は、本発明のセラミックス構造物は、上記の製造方法により製造されたセラミックス構造物である。つまり、焼成前に水で洗浄する工程が施されている。この結果、構造物が水溶性の不純物を含んでおらず、周囲の水分を吸収して膨潤することが抑えられた構造物となっている。
【００２２】
本発明のセラミックス構造物は、摺動部材であることが好ましい。ＲＢセラミックス自身が軽量、高強度、高硬度、高耐摩耗性等の効果を発揮することから、このＲＢセラミックスを原料として製造したセラミックス構造物は、特に摺動部材に用いることが好ましい。本発明のセラミックス構造物が形成できる摺動部材としては、例えば、スターリングエンジンのピストン、スリーブ、シリンダー、ディスプレーサ、リップシール等を挙げることができる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００２４】
本発明の実施例として、ＲＢセラミックスよりなるセラミックス構造物を製造した。
【００２５】
（実施例１）
まず、米ぬかを用いてＲＢセラミックス粉末を製造した。ＲＢセラミックス粉末の製造は、以下に記載の方法でなされた。
【００２６】
ＲＢセラミックス粉末は、米ぬかから油分を抽出した脱脂ぬかとフェノール樹脂とを混合してロータリーキルン炉で連続焼成を行い、粉砕、選別を行うことで製造できる。本実施例においては、ＲＢセラミックス粉末は、市販品（三和油脂株式会社製、商品名：ＲＢＣ）を用いた。
【００２７】
つづいて、製造されたＲＢセラミックス粉末を水で洗浄する。ＲＢセラミックス粉末の洗浄は、以下に記載の方法でなされた。この洗浄は、洗浄後のＲＢセラミックス粉末を濾別し、濾液の電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下となるまで繰り返し行われた。ここで、ＲＢセラミックス粉末の洗浄は、アスピレータによる吸引濾過を行うことでなされた。
【００２８】
その後、１２０℃で１２時間乾燥した後に、ボールミルで粉砕した。粉砕後のＲＢセラミックスは、平均粒径が約５０μｍであった。
【００２９】
粉砕後のＲＢセラミックス粉末を紙（段ボール）で形成した型内に投入し、この成形型をゴム製の袋に入れる。その後、２６４．９ＭＰａ（２．７ｔ／ｃｍ2）の成形圧力でＣＩＰ成形を行った。
【００３０】
成形体に脱脂・焼成を施した。この脱脂焼成は、成形体を９００℃で加熱する炭化処理を施すことで行われた。この加熱により、成形体に含まれるフェノール樹脂の脱脂が行われた。
【００３１】
これにより、本実施例のセラミックス構造物が製造できた。
【００３２】
（実施例２）
ＲＢセラミックス粉末の原料を米ぬかを、吟醸酒の製造のための精米時に発生する米ぬかとした以外は、実施例１と同様の方法でセラミックス構造物を製造した。本実施例においても、実施例１の時と同様に、ＲＢセラミックス粉末は、市販品（三和油脂株式会社製、商品名：ＧＲＢＣ）を用いた。本実施例のＲＢセラミックス粉末は、原料のフェノール樹脂にＮａが含まれないこと以外は、実施例１と同様なＲＢセラミックス粉末である。
【００３３】
（実施例３）
ＲＢセラミックス粉末の原料を米ぬかを、もみ殻に由来する米ぬかとした以外は、実施例１と同様の方法でセラミックス構造物を製造した。本実施例においても、実施例１の時と同様に、ＲＢセラミックス粉末は、市販品（三和油脂株式会社製、商品名：ＲＨＣ）を用いた。本実施例のＲＢセラミックス粉末は、原料のフェノール樹脂にＮａが含まれないこと以外は、実施例１と同様なＲＢセラミックス粉末である。また、もみ殻に由来の米ぬかとは、玄米を白米に精米する過程で出る米ぬかであり、ペクチン、セルロース、リクシン等の高分子物質を主成分としている。
【００３４】
（比較例１）
ＲＢセラミックス粉末の洗浄を行わなかった以外は実施例１と同様の方法でセラミックス構造物を製造した。
【００３５】
（比較例２）
ＲＢセラミックス粉末の洗浄を行わなかった以外は実施例２と同様の方法でセラミックス構造物を製造した。
【００３６】
（比較例３）
ＲＢセラミックス粉末の洗浄を行わなかった以外は実施例３と同様の方法でセラミックス構造物を製造した。
【００３７】
（評価）
実施例および比較例のセラミックス構造物の評価として、膨潤性の評価を行った。
【００３８】
膨潤性の評価は、具体的には、各セラミックス構造物から４０×１０×１０ｍｍのサンプルを切り出し、１２０℃で２４時間保持して乾燥させた。その後、室温に保持された水中にこのサンプルを浸漬して２４時間保持した。その後、再び、１２０℃で２４時間の乾燥、室温で２４時間の水への浸漬を繰り返し、１２０℃で２４時間保持して乾燥させた。乾燥後の形状を測定し、膨潤前後での各辺の長さの変化率を求め、膨潤率とした。膨潤率の測定結果を図１に示した。
【００３９】
図１に示したように、ＲＢセラミックス粉末の洗浄を行った各実施例のセラミックスは、洗浄を行わなかった各比較例のセラミックスと比較すると、膨潤率が低下していることがわかる。つまり、各実施例のセラミックスは、周囲の水分による膨潤が抑えられたセラミックスとなっていることがわかる。
【００４０】
つづいて、各セラミックスの製造に用いたＲＢセラミックス粉末中に含まれる水溶性の不純物（Ｐ，Ｍｇ）の含有量を水湿法で測定し、測定結果を図２〜３に示した。具体的には、原子吸光光度法で測定を行う測定機器および吸光光度法で測定を行う測定機器を用いて湿式分析にて測定を行った。
【００４１】
図２〜３のそれぞれに示したように、各実施例のセラミックスの製造に用いたＲＢセラミックス粉末は、洗浄を行わなかった各比較例のセラミックスの製造に用いたＲＢセラミックス粉末と比較すると、水溶性の不純物の含有量が大幅に低下していることがわかる。つまり、各実施例のセラミックスは、これらの不純物が周囲の水分を吸収することが抑えられている。
【００４２】
さらに、各実施例の製造に用いたＲＢセラミックス粉末の水での洗浄の前後のＳＥＭ写真（１００倍）を撮影した。実施例１に用いたＲＢセラミックス粉末の洗浄前を図４（ａ）に、洗浄後を図４（ｂ）に示した。実施例２に用いたＲＢセラミックス粉末の洗浄前を図５（ａ）に、洗浄後を図５（ｂ）に示した。実施例３に用いたＲＢセラミックス粉末の洗浄前を図６（ａ）に、洗浄後を図６（ｂ）に示した。
【００４３】
図４〜６に示したように、洗浄の前後でＲＢセラミックス粉末の形状の変化は確認できなかった。つまり、ＲＢセラミックス粉末を水で洗浄することで、外周形状の変化を生じさせることなく、内部の不純物を除去できた。
【００４４】
上記したように、各実施例のセラミックス構造物は、周囲の水分による膨潤等の形状変化の抑えられたセラミックス構造物となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】各セラミックスの膨潤率の測定結果のグラフである。
【図２】各ＲＢセラミックス粉末中のＰの含有率の測定結果のグラフである。
【図３】各ＲＢセラミックス粉末中のＭｇの含有率の測定結果のグラフである。
【図４】実施例１に用いたＲＢセラミックス粉末の洗浄前後のＳＥＭ写真である。
【図５】実施例２に用いたＲＢセラミックス粉末の洗浄前後のＳＥＭ写真である。
【図６】実施例３に用いたＲＢセラミックス粉末の洗浄前後のＳＥＭ写真である。
【図１】
2008007383.tif 000002
【図２】
2008007383.tif 000003
【図３】
2008007383.tif 000004
【図４】
2008007383.tif 000005
【図５】
2008007383.tif 000006
【図６】
2008007383.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月23日(2007.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2008007383.tif 000008
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2008007383.tif 000009
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2008007383.tif 000010