(57)【要約】【課題】  何れか二つの磁化率が同等で、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子、又は何れか二つの磁化率が同等で、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい繊維軸磁気異方性を有する物質の一軸配向成型体の成型方法と、成型装置を提供する。【解決手段】  スリップキャスティング法で成型体を成型するには、スラリー２３を入れた多孔質鋳型２４を載置台２２に搭載し、載置台２２をスラリーに流動が生じない程度の遅い速度で回転させると共に、超伝導コイル２１に超伝導電流を流して磁場を印加する。コラーゲンやフィブリン等の有機物質の縣濁液から繊維軸方向に配向した有機物質成型体を成型するには、有機物質の縣濁液２３を入れた鋳型容器２４を載置台２２に搭載し、載置台２２を加熱且つ回転させると共に、超伝導コイル２１に超伝導電流を流して磁場を印加しながら、縣濁液をゲル化させる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿を多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。
【請求項２】
何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。
【請求項３】
何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。
【請求項４】
何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を、多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。
【請求項５】
何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい有機物質を、化学反応によって晶出して上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ上記物質からなる成型体を成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。
【請求項６】
前記結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿は、解膠剤を添加しながら剪断力を加えて作製した泥漿であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の一軸配向成型体の成型方法。
【請求項７】
前記泥漿または縣濁液中に、前記物質の結晶成長を促進する種結晶を添加して成型し、引き続いて焼結することを特徴とする、請求項１又は２の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。
【請求項８】
前記回転磁場の印加は、一様磁場中で前記多孔質の鋳型または鋳型容器を同一平面内で回転することによって印加することを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。
【請求項９】
前記回転磁場の印加は、前記多孔質の鋳型または鋳型容器を固定し、印加する磁場の方向を同一平面内で回転することによって印加するを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。
【請求項１０】
前記回転磁場は、超伝導コイルによって発生する２テスラ以上の回転磁場であることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。
【請求項１１】
磁場方向が水平になるように配置したコイルと、このコイル中に配置した、多孔質の鋳型または鋳型容器を搭載して水平面内で回転する載置台と、を有することを特徴とする、一軸配向成型体の成型装置。
【請求項１２】
前記コイルは超伝導コイルであることを特徴とする、請求項１１に記載の一軸配向成型体の成型装置。
【請求項１３】
前記載置台は加熱手段を有することを特徴とする、請求項１１に記載の一軸配向成型体の成型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶磁気異方性を有する物質粒子または磁気異方性を有する繊維状の物質から、結晶配向性または繊維軸配向性が優れた成型体を成型する方法と、この成型体を成型する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶粒子の粉体を所望の形状に成型して作製する成型体、あるいはこの成型体をさらに焼成して作製する成型体は、用途に応じた形状を低コストで実現できることから、電磁材料、熱電素子、生体材料、ろ過材、強化材、医療材料、あるいは光学材料として広く利用されている。
ところで、結晶物質は、その結晶面に特有なあるいは結晶軸方向に特有な、熱的、光学的、化学的、電磁気的、物理化学的あるいは力学的性質を有しているので、上記の成型体に結晶配向性を付加できれば、その特有な性質を最大限に引き出すことができる。
【０００３】
また、繊維状の有機物質を繊維軸方向に配向させて成型体とすることができれば生体材料として極めて有用である。すなわち、繊維軸方向に配向したコラーゲンやフィブリン上に細胞を培養すると、繊維軸方向に配向した細胞組織が得られ、この細胞組織は、生体組織に類似していることが知られている。従って、コラーゲンやフィブリンからなる骨、歯或いは軟骨の形状を有する繊維軸配向した成型体を形成し、この成型体上に細胞培養すれば、生体親和性が極めて良い人工の骨、歯或いは軟骨として使用することができる。
【０００４】
従来、結晶粒子の粉体の結晶配向方法としては、（１）押出成型法、（２）スリップキャスティング法、（３）磁場中スリップキャスティング法等が知られている。
（１）の押出成型法は、液体が狭いスリット間を流れる時、流体中に懸濁する結晶粒子の粉体がその形状異方性により流体抵抗の少ない方向に形状を揃えることを利用する方法である。（２）のスリップキャスティング法は、物質の形状と結晶方向に一次的関係がある場合、流体中を落下した結晶粒子の粉体が形状によって同じ堆積姿勢を取ることを利用して結晶配向させる方法である。（３）の磁場中スリップキャスティング法は、スリップキャスティングの際に磁場を印加して、結晶粒子の粉体の結晶磁気異方性に伴う磁化エネルギーの差、すなわち、磁化率の結晶軸依存性を利用して結晶配向を行う方法である。
また、繊維状の有機物質を配向させる方法としては、溶媒に溶かした有機物質、あるいは化学反応によって有機物質の晶出体を生成しながら磁場を印加し、有機物質の磁化率の異方性を利用して配向する方法が知られている。
【０００５】
物質は、強磁性体、反磁性体あるいは常磁性体の何れかであり、今日では超伝導コイルによって強力な磁場が低コストで得られので、上記の方法の内、磁場によって配向させる方法が、極めて多くの物質に適用できるという点で有用である。
【０００６】
ところで、磁場によって配向させる方法において、結晶粒子の粉体が単結晶粒子であって、かつ結晶３軸方向に異なった磁化率を有している場合、すなわち、結晶磁気異方性を有している場合には、最も磁化率の大きい結晶軸方向を印加磁場方向に揃えて結晶配向することは知られている。しかしながら、通常の手段で得られる結晶粒子の粉体は、複数の単結晶粒子がその結晶方位がランダムな状態で結合し易いために磁気異方性を有さない粉体となる場合が多く、このため、極めて多くの物質にこの方法を適用することは困難であった。本発明者らは、そのような結晶粒子の粉体を、解膠剤と剪断力を加えることによって、単結晶粒子の結晶磁気異方性と同等な磁気異方性を有した粉体とし、超伝導コイルによる強力な磁場下で、この粉体を用いてスリップキャスティングすることにより、従来、不可能であった、反磁性体や常磁性体等の磁化率の小さい物質の一軸配向に成功した（特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００３−３４９３５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単結晶粒子と同等な磁気異方性を有した粉体が得られても、一軸配向できない場合がある。すなわち、結晶ａ，ｂ，ｃ軸方向の磁化率、χa 、χb 、χc のうち何れか一つの磁化率が最も大きい場合には、その軸方向を磁場方向に揃えた一軸配向性の成型体を成型できるが、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい場合には、その二つの磁化率に対応する結晶軸が磁場方向に配向するため、一軸配向性の成型体を成型できないという課題がある。このような物質は六方晶系の物質に多く存在する。
なお、磁化率が同等とは、磁場を印加してスリップキャスティング法等により一軸配向した成型体を形成しようとした場合に、磁化率が互いに異なっていてもその差が小さいために、成型の際の粒子の流動や熱的運動の影響により、磁場方向に配向する結晶軸が混在してしまう、すなわち実質的に一軸配向できない場合の磁化率を言う。
また、有機物質であるコラーゲンの晶出体も、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きいという磁気異方性を有しており、従来の技術では、繊維軸方向に一軸配向したコラーゲンの成型体を得ることができない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質、または、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質の一軸配向成型体を成型できる方法を提供することを第１の目的とする。また、それらの一軸配向成型体を成型できる装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的を達成するため、本発明の一軸配向成型体の成型方法は、何れか二つの磁化率が同等であり且つこれらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿を多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
本発明の一軸配向成型体の成型方法の他の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
これらの方法によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子からなる一軸配向した成型体を得ることができる。
【００１０】
本発明の一軸配向成型体の成型方法の他の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
本発明の一軸配向成型体の成型方法のさらに他の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を、多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
これらの方法によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる一軸配向した成型体を得ることができる。
【００１１】
本発明の一軸配向成型体の成型方法の別の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい有機物質を、化学反応によって晶出して上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ上記物質からなる成型体を成型することを特徴とする。
この方法によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい有機物質からなる一軸配向した成型体を得ることができる。
【００１２】
結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿は、解膠剤を添加しながら剪断力を加えて作製した泥漿であれば好ましい。この泥漿を用いれば、磁気異方性が得られにくい物質から成る粉体であっても単結晶粒子と同等な磁気異方性を有しているので、一軸配向した成型体を得ることができる。
また、泥漿または縣濁液中に、成型する物質の結晶成長を促進する種結晶を添加して成型し、引き続いて焼結することが好ましい。この方法によれば、一軸配向した成型体から結晶成長するので、一軸配向性がさらに高まる。
【００１３】
回転磁場の印加は、一様磁場中で、多孔質の鋳型または鋳型容器を同一平面内で回転することによって印加することが好ましい。
多孔質の鋳型または鋳型容器を固定し、印加する磁場の方向を平面内で回転することによって印加してもよい。
この方法によれば、多孔質の鋳型または鋳型容器中の物質に回転磁場を印加することができる。
【００１４】
回転磁場は、超伝導コイルによって発生する２テスラ以上の回転磁場であることが好ましい。この場合には、上記物質が常磁性物質や反磁性物質等の磁化率の小さな物質であっても一軸配向成型体を成型できる。
【００１５】
本発明の一軸配向成型体の成型装置は、磁場方向が水平になるように配置したコイルと、このコイル中に配置した、多孔質の鋳型または鋳型容器を搭載して水平面内で回転する載置台とを有することを特徴とする。
この装置によれば、回転磁場を印加できるので、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質からなる一軸配向した成型体を製造できる。
【００１６】
コイルは超伝導コイルであれば好ましい。この場合には、上記物質が２テスラ以上の回転磁場を必要とする常磁性体や反磁性体等の磁化率の小さな物質であっても一軸配向成型体を成型できる。
載置台は加熱装置を有することが好しい。この場合には、載置台を加熱装置によって加熱することにより、縣濁液の溶媒成分を容易に蒸発させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の方法及び装置によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質、磁気異方性を有する繊維状の物質、または、有機物質であっても一軸配向した成型体を成型することができる。また、上記物質が強磁性体、常磁性体又は反磁性体であっても一軸配向した成型体を成型することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
最初に、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質の場合には、従来の固定磁場印加方法では、一軸配向した成型体が得られない理由を説明する。
図１は固定磁場印加によるスリップキャスティング法における、面の定義を示す図である。図において、１は、スリップキャスティング法によって成型された成型体を示し、この図では、成型体１が直方体である場合を示している。実線矢印２は印加磁場方向を示し、点線矢印３は重力方向を示す。成型体１の面のうち、重力方向３に対して垂直な面を上面４とし、重力方向３に平行な側面のうち、図において手前の側面５とし、上面４と側面５に直交する側面を側面６とする。
図１（ａ）は、印加磁場方向が重力方向に対して垂直であった場合の、印加磁場方向と成型体１の面との配置関係を示し、図１（ｂ）は、印加磁場方向が重力方向と平行であった場合の、印加磁場方向と成型体１の面との配置関係を示している。
【００１９】
図２は、結晶磁気異方性を有する粒子を用いて、固定磁場印加によるスリップキャスティング法で成型した場合の配向状態を、成型体の各面に現れる配向面で表した図であり、結晶３軸方向の磁化率の大小関係による配向状態の違いを示している。
図２（ａ）に示すように、結晶磁気異方性を有する粒子は斜方晶系の結晶粒子であるとし、ａ，ｂ，ｃ軸方向の磁化率をそれぞれ、χa 、χb 、χc とする。図２（ａ）において、（Ｉ）の結晶粒子は、ｃ軸方向の磁化率χc が、他の２軸方向の磁化率χa 、χb よりも大きい、すなわち、χc ＞χa ，χb とする。（ＩＩ）の結晶粒子は、ｃ軸方向の磁化率χc が、他の２軸方向の磁化率χa 、χb よりも小さく、かつ、χa とχb がほぼ等しい、すなわち、χc ＜χa ≒χb とする。
【００２０】
図２（ｂ）は、図１に示した二つの印加磁場方向に対して、図１に示した成型体の各面に現れる結晶面を示す図である。図において、ａ，ｂ，ｃは各々斜方晶系のａ面，ｂ面，ｃ面を表す。また、繊維状物質の場合には繊維軸に直交する面がｃ面、平行な面がａ面またはｂ面に対応するものとする。
図２（ｂ）に示すように、（Ｉ）の結晶粒子の場合には最も大きな磁化率χc を有するｃ軸方向が印加磁場方向と一致するように結晶粒子が配向するので、磁場印加方向２が重力方向３に対して垂直の場合には、磁場方向２に直交する側面６にはｃ面だけが現れ、上面４及び側面５にはａ面及びｂ面が混在して現れる。磁場印加方向２が重力方向３に対して平行である場合には、磁場方向２に直交する上面４にはｃ面だけが現れ、側面５及び側面６にはａ面及びｂ面が混在して現れる。すなわち、この場合には、ｃ軸方向に配向した成型体、すなわち、一軸配向した成型体が得られる。
一方、（ＩＩ）の結晶粒子の場合には、最も大きな磁化率を有する方向がａ軸及びｂ軸の２方向があるため、磁場印加方向２が重力方向３に対して垂直の場合には、磁場方向２に直交する側面６にはａ面とｂ面が混在して現れ、上面４及び側面５には、ａ面，ｂ面及びｃ面が混在して現れる。また、磁場印加方向２が重力方向３に対して平行である場合には、磁場方向２に直交する上面４には、ａ面とｂ面が混在して現れ、側面５及び側面６には、ａ面，ｂ面及びｃ面が混在して現れる。すなわち、この場合には、単一の結晶面で構成される成型体の面がなく、一軸配向した成型体は得られない。
【００２１】
本発明は、上記の図２（ａ）に示す（ＩＩ）の結晶粒子の場合においても、回転磁場を印加することによって一軸配向させることができる、すなわち、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質であっても一軸配向できることを特徴としている。
【００２２】
次に、回転磁場を印加することによって、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質であっても一軸配向成型体を成型できる理由を説明する。
磁化は、磁気的な分極であるから、印加磁場方向と磁化方向とが一致しない場合には、磁化方向と磁場方向を一致させようとする回転力が結晶粒子に加わる。この回転力は磁場方向と磁化方向が定める面に垂直な方向の軸の回りの回転力であり、結晶粒子の空間配置に依存した方向を有する結晶３軸の回りの回転力に分解して考えることができる。結晶粒子は、結晶３軸方向の上記回転力（すなわちトルク）と各結晶軸の回りの慣性モーメントから決定される運動方程式に従って運動するが、下記に説明する空間配置条件を満たす結晶粒子の運動は一軸配向するように運動する。
【００２３】
以下に、結晶粒子が一軸配向する原理を説明する。
図３は、本発明の方法の原理を説明する図である。図３（ａ）は本発明の方法に用いる結晶粒子１０の形状を示している。結晶磁気異方性を有する物質のほとんどは、形状異方性を有しているので、説明を簡潔にするため、結晶粒子１０は図に示すようにｃ軸方向に長く、ａ，ｂ軸方向に短い斜方晶系の単結晶であり、且つ、磁化率が、χc ＜χb ＜χa であるとする。
回転磁場はその磁場方向が連続して変化するが、説明を簡潔にするため、回転磁場Ｈは、Ｘ軸方向からＹ軸方向に不連続的に回転したとして回転磁場の効果を説明する。
【００２４】
図３（ｂ）は、Ｘ軸方向に磁場Ｈが印加されている場合において、結晶粒子１０が磁化率の最も大きいａ軸方向を磁場Ｈ方向に揃えて配列し（すなわちａ軸配向の状態）、かつ、ｃ軸が磁場Ｈに垂直なＺＹ面内でＺ軸から角β傾いている結晶粒子１０を示している。また、ａ軸方向の磁化をＭとする。
いま、磁場ＨがＹ軸方向に回転した場合を考えると、磁化Ｍに回転力が働き、この回転力は結晶３軸方向の回転力に分割して考えることができる。角βが０°であれば、もちろん、ｃ軸の回りの回転力のみが存在し、ｃ軸の回りに回転する。角βが９０°であればｂ軸の回りの回転力のみが存在し、ｂ軸の回りに回転する。角βが０°と９０°の間にあれば、回転力はそれぞれ、ｃ軸及びｂ軸の回りに存在し、ｃ軸及びｂ軸の回りに回転する。ところで、ｃ軸及びｂ軸の回りの慣性モーメントが同じであり、角βが４５°より小さければ、ｃ軸の回りの回転力がｂ軸の回りの回転力より大きいために、先にｃ軸の回りに回転し、その後にｂ軸の回りに回転する現象が生じる。さらには、結晶粒子１０がｃ軸方向に長い場合には、ｃ軸を回転軸とした慣性モーメントは、ａ軸及びｂ軸を回転軸とした慣性モーメントに比べて最も小さいので、先にｃ軸の回りに回転し、その後にｂ軸の回りに回転する現象がさらに起きやすい。この現象が生じる結晶粒子１０の空間配置条件、すなわち限界の角度をβ0 とする。
【００２５】
角βがβ0 以下であるために、ｃ軸の回りに先に９０°回転してしまった状態を図３の（ｃ）に示している。この状態は、磁場Ｈと磁化Ｍの定める面に垂直な方向がｂ軸と一致している状態なので、もはやｃ軸の回りの回転力は存在せず、ｂ軸の回りの回転力のみが残された状態である。このｂ軸の回りの回転力によって結晶粒子１０は、角βを減少させる方向に、すなわち、ｃ軸をＺ軸方向に揃える方向にｂ軸の回りに回転する。ｃ軸がＺ軸方向に揃った状態を図３（ｄ）に示している。
この状態では、磁場Ｈが回転しても常に、磁化Ｍと磁場Ｈの方向が定める面に垂直方向の軸はｃ軸に一致し、ｃ軸の回りの回転力のみとなるので、磁場Ｈが回転してもｃ軸の回りに回転するだけで、結晶粒子１０のｃ軸はＺ方向に固定される。
【００２６】
一方、傾き角βがβ0 より大きい結晶粒子は、ｂ軸の回りの回転が同時に生じたり、ｂ軸の回りの回転が先に生じたりするため、上記のようなｃ軸のＺ軸配向は生じない。しかしながら、傾き角βがβ0 より小さい結晶粒子が上記のようにしてＺ軸配向することにより、結晶粒子間に隙間が生じる。結晶粒子間に隙間が生じると、傾き角βがβ0 より大きな結晶粒子がこの隙間を埋めるために回転し、傾き角βがβ0 より小さくなり、この結晶粒子も上記のメカニズムでＺ軸配向するようになる。このサイクルを繰り返して、結晶粒子全てがＺ軸配向する。
尚、上記説明では説明を簡潔にするために、χb ＜χa として説明したが、χb ≠χa の場合には、最初に磁場Ｈ方向に配列する軸方向が、ａ軸方向またはｂ軸方向であることのみ異なり、同様なメカニズムによりｃ軸のＺ軸配向が生ずることは明かである。
このようにして、回転磁場を印加することにより、結晶粒子の磁化率が、χc ＜χb ≒χa である物質であっても、磁場回転面に垂直な方向に一軸配向した成型体を得ることができる。
【００２７】
次に、本発明の回転磁場を用いた成型装置を説明する。
図４は本発明の回転磁場を用いた成型装置の構成を示す模式断面図である。図において、回転磁場を用いた成型装置２０は、水平面内に磁場方向を有する超伝導コイル２１と、この超伝導コイル２１内に配置した、水平面内で回転できる載置台２２とを有している。載置台２２は所望の温度に加熱できる加熱装置を有していても良い。
この装置２０で、スリップキャスティング法により成型体を成型する場合には、スラリー２３を入れた多孔質鋳型２４を載置台２２上に載置し、載置台２２をスラリーに流動が生じない程度の遅い速度で回転させると共に、超伝導コイル２１に超伝導電流を流して磁場を印加する。
コラーゲン等の、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい繊維状の有機物質の混濁液から繊維軸方向に配向した有機物質成型体を成型するには、スラリー２３に代えて、有機物質の混濁液２３を鋳型容器２４に入れ、容器２４を載置台２２に載置して回転し、加熱して溶媒を蒸発させながら、超伝導コイル２１に超伝導電流を流して磁場を印加する。あるいは化学反応により磁気異方性を有する繊維状の物質を晶出させると共に、載置台２２を回転しながら超伝導コイル２１に超伝導電流を流して磁場を印加する。
【００２８】
上記装置によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質であっても、一軸配向した成型体を成型できる。また、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁化率を有する有機物質であっても、繊維軸方向に一軸配向した成型体を成型できる。また、強磁性体物質、常磁性体物質或いは反磁性体物質を問わず、一軸配向した成型体を成型できる。
【実施例１】
【００２９】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
α窒化珪素を用いて一軸配向の成型体を作製した。α窒化珪素は六方晶系に属する常磁性体物質であり、ａ軸方向とｂ軸方向の磁化率がほぼ等しく、ｃ軸方向の磁化率がａ軸方向及びｂ軸方向の磁化率よりも小さい物質であり、従来、固定磁場印加によるスリップキャスティング法では一軸配向した成型体が得られなかった物質である。
図４に示した装置を用いて、α窒化珪素単結晶粒子からなる粉体でスラリーを作製し、石膏製鋳型に入れ、この鋳型を回転させつつ磁場を印加して成型体を成型し、得られた成型体を無磁場の下で焼結した。
【００３０】
種結晶を添加しない実施例について説明する。
蒸留水３５ｇに対し６５ｗｔ％のα窒化珪素（αＳｉ3 Ｎ4 ）粉末と０．５ｗｔ％のテトラメチルアンモニウム（（ＣＨ3 ）4 Ｎ）界面活性剤とを混合した泥状スラリーを、水酸化ナトリウム溶液でｐＨを１１．５に保持しつつ十分撹拌混合し、さらに超音波を３０分間印加して十分混練した。得られたスラリーを多孔質鋳型に流し入れ、鋳型を一回転６．２５分の速度で回転しつつ、超伝導コイルを用い強磁場（１０Ｔ）を水平方向に印加しながらスリップキャスティングを行い成型した。その後、得られた成型体を７０℃で十分乾燥後１６５０℃、１．５時間、無磁場下で焼結することにより結晶配向体を得た。
【００３１】
図５は、本発明の方法で得られた成型体のＸ線回折像と従来方法により得られた成型体とを比較して示す図である。
なお、従来方法は、本発明の方法に対し、鋳型を回転しないことだけが異なる。また、Ｘ線回折測定は、成型体の上面と側面についてそれぞれ測定した。図５（ａ）は従来方法による成型体の上面と側面のＸ線回折パターンである。図５（ｂ）は本発明の方法による成型体の上面と側面のＸ線回折パターンである。
図５（ａ）から、従来方法による成型体のＸ線回折パターンは、上面と側面とで殆ど差がないことがわかり、配向性がないことがわかる。一方、図５（ｂ）から、本発明による成型体は、回折ピークの数が減少すると共に、上面において、ａ，ｂ面に基づく回折ピークが若干見られるものの、ｃ面に基づく回折ピークが顕在化していることがわかる。側面では、ｃ面に基づく回折ピークが小さくなり、ａ，ｂ面を示すピークがより顕在化していることがわかる。この結果から、本発明の方法によれば、一軸配向した成型体を成型できることがわかる。
【００３２】
図６は、本発明の方法による成型体と従来方法による成型体の上面及び側面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を比較して示す図である。図６（ａ）は固定磁場による従来方法で作製した成型体の上面及び側面のＳＥＭ像であり、図６（ｂ）は本発明の方法で作製した成型体の上面及び側面のＳＥＭ像である。
図６（ａ）から、従来方法で作製した成型体の上面及び側面は大きな差異がないことがわかる。一方、図６（ｂ）から、本発明の方法で作製した成型体の上面には、六角形をしたｃ面が多く見られ、ｃ面配向の傾向が見て取れる。また、側面には、ａ面及びｂ面配向した単結晶粒が数多く見られる。これらの結果から、本発明の方法によれば、一軸配向した成型体を成型できることがわかる。
【実施例２】
【００３３】
次に、種結晶を添加した実施例について説明する。
蒸留水３５ｇに対し５５ｗｔ％のα窒化珪素（αＳｉ3 Ｎ4 ）粉末と、１０ｗｔ％の種結晶であるβ窒化珪素（βＳｉ3 Ｎ4 ）粉体と、０．５％テトラメチルアンモニウム（（ＣＨ3 ）4 Ｎ）界面活性剤とを混合した泥状スラリーを水酸化ナトリウム溶液でｐＨを１１．５に保持しつつ十分撹拌混合し、さらに超音波を３０分間印加し十分混練をした。
得られたスラリーを多孔質容器に流し入れ、容器を一回転６．２５分の速度で回転しつつ超伝導マグネットを用い、強磁場（１０Ｔ）を印加しながらスリップキャスティングを行い成型した。その後、得られた成型体を７０℃で十分乾燥後１６５０℃、１．５時間、無磁場下で焼結することにより成型体を得た。
【００３４】
図７は、種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のＳＥＭ像を示す図である。図７（ａ）は、固定磁場による従来方法で作製した成型体の上面及び側面のＳＥＭ像であり、図７（ｂ）は、本発明の方法で作製した成型体の上面及び側面のＳＥＭ像である。
図７（ａ）から、従来方法で作製した成型体の上面及び側面は大きな差異がないことがわかる。一方、図７（ｂ）から、本発明の方法で作製した成型体の上面には、六角形をしたｃ面が多く見られ、ｃ面配向の傾向が見て取れる。また、側面には、ａ面及びｂ面配向した単結晶粒が数多く見られる。これらの結果から、本発明の方法によれば、一軸配向した成型体を成型できることがわかる。
図８は、種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のＸ線回折像を示す図である。図８から、図５に比べて回折ピークの種類が減っていることがわかる。また、上面では、ｃ面（００２）、及びｃ面に近い格子面（１０１）に基づく回折ピークが、図５に比べて顕在化していることがわかる。また、側面では、ａ面（２００）及びａ面に近い格子面（２１０）に基づく回折ピークが図５に比べて顕在化していることがわかる。これらの結果から、種結晶を添加すればさらに一軸配向性が高まることがわかる。
【００３５】
次に、コラーゲン繊維を一軸配向させた実施例について説明する。
コラーゲンは、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい繊維状の有機物質であり、従来、基板に垂直方向に繊維軸を揃えたコラーゲン成型体を得ることはできなかった。
４℃の下で、ＴｙｐｅＬＡコラーゲン０．２％水溶液（ＰＨ＝３）１０ｃｃに緩衝液（ＭＥＭ）を１ｃｃ加えてよく撹拌した後、指示薬（商品名：１０ｘＭＥＭ  ハンクス社製）を少量滴下後、水酸化ナトリウム溶液にて中和した。この溶液をガラス製セル（高さ３０ｍｍ、幅２７ｍｍ、厚さ１ｍｍ）中に注入した。超伝導マグネットを用いて発生させた１０テスラの水平方向磁場の下、このセルを３７℃の雰囲気下で高さ方向を軸にして毎分３回転させつつ、２．５時間かけてゲル化させた。
【００３６】
図９は、本発明の方法によって作製したコラーゲン水溶液のゲル化試料の鉛直面（高さと幅が作る面）を位相差顕微鏡によって観察した写真である。コラーゲン繊維は水平の印加磁場面に対して垂直に配向していることが分る。
【００３７】
上記実施例は本発明の有効性を示す一例であって、本発明を限定するものでない。例えば、上記実施例の他に、例えば、耐食性、耐摩耗性、生体との融合性が良くなるように結晶面を配向させた水酸アパタイトからなる生体セラミックス材料や、耐食性、耐摩耗性の高い結晶面を配向させた金属材料や、熱エネルギーと電気エネルギーとの変換効率を高めるように結晶配向させた熱電材料も実現できる。また、生体材料として期待されている、コラーゲンと水酸アパタイトからなる複合材料において、コラーゲンと水酸アパタイトの結晶方位が哺乳類の歯牙や骨に見られる配向と同等の配向性を有した材料を作製することも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、無機物、有機物を問わず、ほとんど全ての物質の粉体から一軸配向した成型体を成型できるので、それらの物質の結晶面、或いは、結晶軸方向に特有な、熱的、光学的、化学的、電磁気的、物理化学的あるいは力学的性質を有する成型体を低コストで提供することができる。
また、繊維軸異方性を有する有機物質を繊維軸方向に配向させて成型体とすることができるので、例えば、コラーゲンからなる、骨、歯或いは軟骨の形状を有する繊維軸配向した成型体を形成し、この成型体上に細胞を培養して、生体親和性が極めて良い人工の骨、歯或いは軟骨として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】固定磁場印加によるスリップキャスティング法における、面の定義を示す図である。
【図２】結晶磁気異方性を有する粒子を用いて、固定磁場印加によるスリップキャスティング法で成型した場合の配向状態を、成型体の各面に現れる配向面で表した図で、結晶３軸方向の磁化率の大小関係による、配向状態の違いを示す。
【図３】本発明の方法の原理を説明する図である。
【図４】本発明の回転磁場を用いた成型装置の構成を示す模式断面図である。
【図５】本発明の方法で得られた成型体のＸ線回折像を従来方法により得られた成型体と比較して示す図である。
【図６】本発明の方法による成型体成型体の上面及び側面の電子顕微鏡像を従来方法による成型体と比較して示す図である。
【図７】種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のＳＥＭ像を示す図である。
【図８】種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のＸ線回折像を示す図である。
【図９】本発明の方法によって作製したコラーゲン水溶液のゲル化試料の鉛直面を位相差顕微鏡によって観察した写真である。
【符号の説明】
【００４０】
１  成型体
２  磁場印加方向
３  重力方向
４  上面
５，６  側面
１０  結晶粒子
２０  一軸配向成型体の成型装置
２１  超伝導コイル
２２  載置台
２３  泥漿または縣濁液
２４  多孔質鋳型または鋳型容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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