(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、かつ、各種の機能を付加することのできる成形品の製造方法、および成形品を提供すること。【解決手段】セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料を成形した後、養生、硬化し、無機材料からなる部材を成形により製造する。その際、成形に用いる水硬性材料あるいは成形材料に金属化合物あるいは金属の粉体を添加しておき、セメントを主原料とした成形品に耐磨耗性や摺動性等の機能を付加する。さらに、必要に応じて熱可塑性樹脂や無機繊維を配合してもよい。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料に水を加えた成形材料を所定形状に成形した後、養生、硬化させる成形品の製造方法において、
前記水硬性材料あるいは成形材料に金属化合物の粉体を添加しておくことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記金属化合物の粉体は、鉄系化合物の粉体であることを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項３】
セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料に水を加えた成形材料を所定形状に成形した後、養生、硬化させる成形品の製造方法において、
前記水硬性材料あるいは前記成形材料に金属粉体を添加しておくことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記硬化の後、前記金属粉体に対して窒化処理、硫化処理、あるいは浸炭処理を行うことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４において、前記金属粉体は、鉄系粉体であることを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記水硬性材料あるいは前記成形材料に熱可塑性樹脂を添加しておくことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記水硬性材料あるいは前記成形材料に無機繊維を添加しておくことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに規定する方法で製造したことを特徴とする成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルト等の締結部品、ガスケット等のシーリング材、冷却用ファンモータの部品、キーのシリンダ等の成型品の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、当該成型品の製造品に用いる材料技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトやガスケット等は、従来、金属に対する研削やプレス等の機械加工、あるいは樹脂成形により製造するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの部材については、無機材料による成形で製造できれば、無機材料の特徴を生かしたものを安価に製造できる。また、無機材料で射出成形、押出成形、プレス成形可能なものとしてはセメント材料があり、このような材料を用いて紙送りローラを製造する技術が特許第２９９９７６５号公報、特許第３０１２２３４号公報、特許第３０５４４１７号公報に開示されている。
【０００４】
ここに本願発明者は、セメント系の水硬性組成物が有する成形性、耐熱性等の特徴を生かし、かつ、さらなる特性改良を図ることを提案するものであり、本発明の課題は、耐熱性に優れ、かつ、各種の機能を付加することのできる成形品の製造方法、および成形品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料に水を加えた成形材料を所定形状に成形した後、養生、硬化させる成形品の製造方法において、前記水硬性材料あるいは成形材料に金属化合物の粉体を添加しておくことを特徴とする。
【０００６】
本発明では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料を用いるので、無機材料からなる部材を成形により製造できる。また、成形に用いる水硬性材料あるいは成形材料に金属化合物の粉体を添加しておき、それにより成形するため、セメントを主原料とした成形品に耐磨耗性や摺動性等の機能を容易に付加することができる。
【０００７】
本発明において、前記金属化合物の粉体は、例えば、鉄系化合物の粉体である。
【０００８】
また、本発明の別の形態では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料に水を加えた成形材料を所定形状に成形した後、養生、硬化させる成形品の製造方法において、前記水硬性材料あるいは成形材料に金属粉体を添加しておくことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料を用いるので、無機材料からなる部材を成形により製造できる。また、成形に用いる水硬性材料あるいは成形材料に金属粉体を添加しておき、それにより成形するため、セメントを主原料とした成形品に新たな機能を容易に付加することができる。
【００１０】
本発明において、前記硬化の後、前記金属粉体に対して窒化処理、硫化処理、あるいは浸炭処理を行ってもよい。このような処理を行えば、セメントを主原料とした成形品に耐磨耗性や摺動性等の機能を容易に付加することができる。
【００１１】
本発明において、前記水硬性材料あるいは前記成形材料に、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を添加しておくことが好ましい。このように構成した場合には、成形機において材料を混合した際、その熱によって熱可塑性樹脂が軟化あるいは溶融するので、成形機から金型内への材料の流動性が向上する。
【００１２】
本発明において、前記水硬性材料あるいは前記成形材料に、ガラス繊維やカーボン繊維等の無機繊維を添加しておくことが好ましい。このように構成すると、水硬性材料を用いた成形品の強度を向上することができる。
【００１３】
本発明において、前記金属粉体は、例えば、鉄系粉体である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
［基本材料］
本発明では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料に水を加えた成形材料を所定形状に成形した後、養生、硬化させて成形品を製造する。ここで、水硬性材料には、水硬性粉体の他、必要に応じて、水硬性粉体の平均粒子径より１桁以上小さい平均粒子径を有する非水硬性粉体、成形性改良剤、加工性改良剤、増粘剤、増量材等を加えておく。このような水硬性材料としては、例えば、水硬性粉体４０〜８０重量％、非水硬性粉体１０〜５０重量％、および成形性改良剤１０〜３０重量％からなる混合粉体と、混合粉体１００重量部に対して２〜９重量部の割合で配合した加工性改良剤と、０．５〜５重量部の割合で配合した増粘剤とからなることが好ましい。
【００１６】
本形態において、水硬性粉体とは、例えば、珪酸カルシウム化合物粉体、カルシウムアルミネート化合物粉体、カルシウムフルオロアルミネート化合物粉体、カルシウムサルフォアルミネート化合物、カルシウムアルミノフェライト化合物粉体、リン酸カルシウム化合物粉体、半水又は無水石膏粉体、自硬性を有する生石灰粉体、これら粉体の２種類以上の混合物粉体等といった粉体であり、水により硬化可能である。代表例な水硬性粉体としては、例えば、ポルトランドセメントがある。
【００１７】
水硬性粉体の粒度分布については、成形体の強度に関する水硬性能の確保上、ブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。また、水硬性粉体の配合量は、水硬性粉体、非水硬性粉体および、後述する成形性改良剤からなる混合粉体の組成比率で４０〜８０重量％、好ましくは、４５〜５５重量％であることが好ましい。配合量が４０重量％未満の場合には、強度及び充填率が低くなり、８０重量％を越える場合には、成形体を得る場合の充填率が低くなり、いずれの場合においても機械的加工時の加工応力に耐えられない等の影響があるので、好ましくない。
【００１８】
非水硬性粉体とは、単体では水と接触しても硬化することのない粉体であり、その代表例としては、水酸化カルシウム粉末、二水石膏粉末、炭酸カルシウム粉末、スラグ粉末、フライアッシュ粉末、珪石粉末、粘土粉末、シリカフューム粉末等がある。
【００１９】
非水硬性粉体の配合量は、水硬性粉体、非水硬性粉体、および後述する成形性改良剤からなる水硬性材料における組成比率で１０〜５０重量％、好ましくは２０〜３０重量％とすることが好ましい。配合量が１０重量％未満の場合には、充填率が低く、５０重量％を越える場合には、強度及び充填率が低くなり、いずれの場合においても成形・硬化後の物性、例えば、機械加工時における欠けの発生、寸法安定性に悪影響を及ぼすため好ましくない。機械加工性等を考慮すると充填率が低くなりすぎないように非水硬性粉体の配合量を調節することが好ましい。非水硬性粉体を添加することによって、成形体の成形時の充填率を高め、得られる成形体の空隙率を減少することが可能となる。これにより成形体の寸法安定性を向上することができる。
【００２０】
成形性改良剤とは、射出成形時、あるいは押出成形時に型枠と成形体との間の滑り性を向上させ、さらに成形性の異方性を低減し、品質を安定化させる材料である。成形性改良剤としては、例えばタルク（含水ケイ酸マグネシウム）、マイカ等の無機材料がある。この無機材料は配向性に優れ、成形体表面に滑り性を付与し、金型やダイスとの抵抗が低減されることにより品質の安定化が図れる。
【００２１】
成形性改良剤の配合量は、水硬性粉体、非水硬性粉体および成形性改良剤からなる水硬性材料における組成比率で１０〜３０重量％、好ましくは、１５〜２５重量％とすることが好ましい。
【００２２】
加工性改良剤とは、水硬性組成物から得られる成形体の成形性、脱型性、切削・研削性、研削精度の向上、特に切削・研削性、研削精度の向上に寄与する。すなわち、加工性改良剤を添加することによって得られた水硬性組成物は、加工性改良剤が加圧成形時に成形助剤としての役割を果たすので成形性が向上する。また、加工性改良剤によりセメント系硬化体のもろさが改良されるので、得られた成型体が脱型時に何ら損傷を受けることなく脱型されるので、歩留まりおよび作業性が向上する。また、加工性改良剤を添加しておけば、割れ、欠け等の発生を阻止することができる。それ故、水硬性組成物であっても、金属材料と同様、旋盤等による切削加工や研削加工を行うことができる。
【００２３】
加工性改良剤の配合量は、水硬性粉体、非水硬性粉体および押出成形性改良剤からなる水硬性材料１００重量部に対し乾ベースで２〜９重量部、好ましくは、３〜４重量部とすることが好ましい。配合量が２重量部未満の場合には、切削加工性が低下し、９重量部を超える場合には、研削精度の低下と研削後の寸法安定性が低下する。また、粒度は分散した単一粒子径で１μｍ以下のものが一般的である。
【００２４】
加工性改良剤としては、酢酸ビニル樹脂、又は酢酸ビニルとの共重合樹脂、アクリル樹脂、又はアクリルとの共重合樹脂、スチレン樹脂、又はスチレンとの共重合樹脂、及びエポキシ樹脂から選ばれた少なくとも１種類以上の樹脂からなる粉末もしくはエマルジョンを使用できる。酢酸ビニル共重合樹脂としては、酢酸ビニルアクリル共重合樹脂、酢酸ビニルベオバ共重合樹脂、酢酸ビニルベオバ三元共重合樹脂、酢酸ビニルマレート共重合樹脂、酢酸ビニルエチレン共重合樹脂、酢酸ビニルエチレン塩化ビニル共重合樹脂等を用いることができる。アクリル共重合樹脂としては、アクリルスチレン共重合樹脂、アクリルシリコーン共重合樹脂等を用いることができる。また、スチレン共重合樹脂としては、スチレン−ブタジエン共重合樹脂を用いることができる。
【００２５】
増粘剤とは、水に溶解することによって粘着性を発現する材料であり、水硬性粉体、非水硬性粉体の粒子間の結合力を高め、成形後の成形体の形状維持、保水性の確保、密実な硬化体を形成するのに有効である。
【００２６】
増粘剤としては、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００２７】
増粘剤の配合量は、水硬性粉体、非水硬性粉体、および成形性改良剤からなる水硬性材料１００重量部に対して０．５〜５重量部、好ましくは、３〜４重量部とすることが好ましい。
【００２８】
増量材としては、珪砂等の骨材を水硬性粉体、非水硬性粉体、および成形性改良剤からなる水硬性材料１００重量部に対し１０〜５０重量部、好ましくは２０〜３０重量部の割合で加えることができる。
【００２９】
また、成形性をさらに改善するために、公知のセラミック成型助剤を上記混合粉体１００重量部に対し１〜１０重量部、好ましくは３〜６重量部の割合で加えることができる。さらに、材料の硬化時の収縮等による寸法変化を抑えるために、シリコーンオイル等の水の吸収を小さくする撥水剤を上記混合粉体１００重量部に対し０．５〜５重量部、好ましくは１〜２重量部の割合で加えることができる。
【００３０】
水硬性材料を用いて成形用材料を調製するには、上記の各成分の他に、水硬性粉体、非水硬性粉体、および成形性改良剤からなる水硬性材料１００重量部に対して水が３０重量部以下、好ましくは、２５重量部以下の量で添加される。なお、乾燥収縮を小さくするには水を少なくするのがよい。
【００３１】
混合する方法については、均一に混合するという観点からすれば、強力な剪断力を混合物に加えることができる混合方法若しくは混合機がよい。
【００３２】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１では、水硬性材料、あるいはそれに水を加えた成形材料に対して、金属あるいは金属化合物の粉体を数％〜数十％、添加しておく。
【００３３】
ここで添加される金属あるいは金属化合物の粉体は、鉄粉、ステンレス粉、パーマロイ粉、センダスト粉、酸化鉄粉、磁性体粉等の鉄系および鉄系化合物の粉体である。また、金属あるいは金属化合物の粉体として、銅粉、真鍮粉、洋白粉、燐青銅粉、銅チタン粉等の銅系粉体を添加してもよい。さらに、金属あるいは金属化合物の粉体としては、上記の鉄系粉体や銅系粉体の他、アルミニウム粉、マグネシウム粉、ニッケル粉、タンタル粉、モリブデン粉、錫粉、鉛粉、亜鉛粉、チタン粉、クロム粉、ジルコニウム粉、コバルト粉等の金属粉を添加してもよい。さらにまた、シリコン粉を添加してもよい。
【００３４】
このような材料を用いて各種成形品を製造するにあたって、本形態では、例えば、以下の材料
水硬性材料　　　　　　　　　　　　　　１００重量部
水硬性粉体（ポルトランドセメント）　　　４０〜８０重量％
非水硬性粉体（シリカフューム）　　　　　１０〜５０重量％
成形性改良剤（タルク）　　　　　　　　　１０〜３０重量％
加工性改良剤（アクリル系樹脂）　　　　　２〜９重量部
増粘剤（カルボキシメチルセルロース）　　０．５〜５重量部
金属あるいは金属化合物の粉体　　　　　　１０重量部
水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２５重量部
を混合し、成形材料を調整する。
【００３５】
次に、これらの成形材料を射出成形機あるいは押出成形機に供給して、所定の形状に成形する。
【００３６】
次に、成形品を養生、硬化させる。すなわち、加圧成形後、型から取り出してから十分な強度を発現するまでに数時間から数日を要するため、養生を行う。養生の方法としては、そのまま室温に放置もしくは水中養生、あるいは蒸気養生してもよいが、水分が不足している場合には、蒸気養生、特にオートクレーブ内での蒸気養生が好ましい。このオートクレーブ養生は、例えば、飽和蒸気圧７．１５ｋｇ／ｃｍ２、１６５℃以上で行うが、飽和蒸気圧９．１０ｋｇ／ｃｍ２以上が好ましい。養生時間は、養生温度により変化するが１７５℃の条件下では５〜１５時間とする。加圧成形後、オートクレーブ養生開始前までに、圧縮強度で５Ｎ／ｍｍ２程度発現していることが好ましい。オートクレーブ養生までに十分な強度が発現していない場合には、成形体にクラックが発生するからである。
【００３７】
このようにして養生、硬化を経て得られた成形品は、そのまま、あるいは機械加工が施されて各種部品として使用される。ここで、本形態では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料を用い、無機材料からなる部材を成形により製造している。それ故、各種部品を安価に製造することができる。
【００３８】
また、成形に用いる水硬性材料あるいは成形材料に金属化合物あるいは金属の粉体を添加しておき、それにより成形するため、これらの添加物が成形品の表面に露出している。それ故、セメントを主原料とした成形品に対して耐磨耗性や摺動性等の機能を容易に付加することができる。
【００３９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２では、水硬性材料、あるいはそれに水を加えた成形材料に対して、金属あるいは金属化合物の粉体を添加しておくとともに、水硬性材料あるいは成形材料に対して、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を、例えば数％〜数十％、ペレット、フレーク、あるいは粉体として添加しておく。
【００４０】
このような材料を用いた場合には、射出成形機において材料を温度および圧力をかけて混合した際、その熱によって熱可塑性樹脂が軟化あるいは溶融して成形材料の流動性が高まる。その結果、金型内への成形材料の注入性が高まるので、寸法精度等に優れた成形品を製造できる。また、押出成形の場合にも、成形材料の流動性が高ければ、ダイスから押し出される際の寸法精度が向上する等の効果を奏する。
【００４１】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３では、水硬性材料、あるいはそれに水を加えた成形材料に対して、金属あるいは金属化合物の粉体を添加しておくとともに、水硬性材料あるいは成形材料に対して、所定サイズに調製したガラス繊維やカーボン繊維等の無機繊維を、例えば、数％〜数十％添加しておく。
【００４２】
このように構成すると、水硬性材料を用いた成形品の強度を向上することができるので、割れ、欠け等を防止することができる。
【００４３】
なお、実施の形態２、３を組み合わせて、水硬性材料、あるいはそれに水を加えた成形材料に対して、金属あるいは金属化合物の粉体を添加しておくとともに、水硬性材料あるいは成形材料に対して、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂、およびガラス繊維やカーボン繊維等の無機繊維の双方を添加してもよい。
【００４４】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４では、水硬性材料、あるいはそれに水を加えた成形材料に対して金属粉体を添加しておき、養生、硬化を行った後、さらに必要に応じて機械加工を施した後、金属粉体に対して窒化処理、硫化処理、あるいは浸炭処理を行う。
【００４５】
ここで添加される金属粉体は、例えば、鉄粉、ステンレス粉、パーマロイ粉、センダスト粉、酸化鉄粉、磁性体粉等の鉄系および鉄系化合物の粉体である。
【００４６】
このような材料を用いて各種成形品を製造するにあたって、本形態では、例えば、以下の材料
水硬性材料　　　　　　　　　　　　　　１００重量部
水硬性粉体（ポルトランドセメント）　　　４０〜８０重量％
非水硬性粉体（シリカフューム）　　　　　１０〜５０重量％
成形性改良剤（タルク）　　　　　　　　　１０〜３０重量％
加工性改良剤（アクリル系樹脂）　　　　　２〜９重量部
増粘剤（カルボキシメチルセルロース）　　０．５〜５重量部
鉄系金属の粉体　　　　　　　　　　　　　１０重量部
水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２５重量部
を混合し、成形材料を調整する。
【００４７】
次に、これらの成形材料を射出成形機あるいは押出成形機に供給して、所定の形状に成形する。
【００４８】
次に、成形品を養生、硬化させる。
【００４９】
そして、そのまま、あるいは必要に応じて機械加工を施した後、金属粉体に対して窒化処理、硫化処理、あるいは浸炭処理を行う。
【００５０】
従って、成形品の表面に露出していた金属粉体は、窒化、硫化、あるいは浸炭されるので、セメントを主原料とした成形品に対して耐磨耗性や摺動性等の機能を付加することができる。
【００５１】
なお、本形態に対して、実施の形態２、３で説明した熱可塑性樹脂あるいはガラス繊維を添加してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、セメント系の水硬性粉体を含む水硬性材料を用いるので、無機材料からなる部材を成形により製造できる。また、成形に用いる水硬性材料あるいは成形材料に金属化合物あるいは金属の粉体を添加しておき、それにより成形するため、セメントを主原料とした成形品に耐磨耗性や摺動性等の機能を容易に付加することができる。