(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、ポゾラン質微粉末、粒径が２ｍｍ以下の骨材粒子、水及び減水剤のみからなる配合物をポリエチレン型枠を用いて成形し硬化させる、面粗度がＲaで０．１μｍ以下、Ｒmaxで５μｍ以下の精密測定機器用治工具の製造方法であって、
前記材料の配合割合が、セメント１００重量部に対し、ポゾラン質微粉末５〜５０重量部、粒径が２ｍｍ以下の骨材粒子５０〜２５０重量部、水１０〜３０重量部、減水剤（固形分換算）０．５〜４．０重量部であり、
前記セメントが中庸熱ポルトランドセメント又は低熱ポルトランドセメントで、前記ポゾラン質微粉末がシリカフュームで、前記減水剤がポリカルボン酸系の高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする精密測定機器用治工具の製造方法。
【請求項２】
配合物に、凝結後の硬化体体積の４％未満となる量の金属繊維及び／又は凝結後の硬化体体積の１０％未満となる量の有機質繊維を含む請求項１に記載の精密測定機器用治工具の製造方法。
【請求項３】
金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維であることを特徴とする請求項２記載の精密測定機器用治工具の製造方法。
【請求項４】
有機質繊維が、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維であることを特徴とする請求項２記載の精密測定機器用治工具の製造方法。
【請求項５】
配合物に、平均粒径３〜２０μｍの無機粉末を、セメント１００重量部に対して５０重量部以下含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の精密測定機器用治工具の製造方法。
【請求項６】
配合物に、平均粒度１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を、セメント１００重量部に対して３５重量部以下含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の精密測定機器用治工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアスライド、定盤、スコヤ、ステージなどの精密測定機器用治工具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアスライド、定盤、スコヤ、ステージなどの精密測定機器用治工具に用いられる材料には、比剛性（ヤング率／比重）が高いこと、面粗度や平面度に優れること、熱膨張係数が小さいこと、耐摩耗性に優れることなどの特性が必要とされている。
【０００３】
その理由は、例えば比剛性が低いと、エアスライドなどの治工具に用いた場合には、自重による撓みが大きく、精密な測定ができなくなることとなる。
【０００４】
また、面粗度、平面度などの面精度が低いと、定盤などに用いた場合には、その定盤の表面に汚れが生じたり、精密な測定ができなくなったりすることとなる
。
【０００５】
さらに、熱膨張係数が大きいと、治工具を用いる環境の温度が完全に制御されている場合には問題ないが、それがなされていない場合には、たとえ僅かな温度差であっても治工具に伸び縮みが生じ、同様に精密な測定ができなくなることとなる。このように、精密測定機器用治工具に用いられる材料には、上述したような諸特性が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来用いられている材料、一般的には金属、天然石材、セラミックスなどが挙げられるが、これらの材料では、必ずしも上述の特性を満足しているわけではなく、また、コスト的にも問題が多い。
【０００７】
それは、金属の場合には、鋳鉄などが広く用いられていてコスト的には問題ないが、この鋳鉄は熱膨張係数が大きいため、僅かな温度差に対しても寸法変化が大きく、近年の高精度化の流れにある中でその使用が難しくなってきている。また、ヤング率は大きいものの比重も大きいため、比剛性が低く、撓みによる変形が大きくなり、精密な測定をする治工具として用いることが難しい。
【０００８】
天然石材の場合には、天然石特有の異方性や節理（一種の亀裂）などの問題があるため、大型品を加工しようとすると、歩留まりが悪くなり、高価にならざるを得なくなる。また、金属とは逆に比重は小さいが、ヤング率も小さいため、やはり比剛性が低く、撓みによる変形が大きくなる。これに亀裂などが内包されていると比剛性がさらに大きく低下して致命的となり、安全性の面でも問題が生じることとなる。
【０００９】
これに対して、セラミックスの場合には、比剛性が高く、面粗度や平面度に優れ、熱膨張係数が小さく、耐摩耗性にも優れているので、上述の金属あるいは天然石材より極めて優れ、上述の特性の面では満足できる材料である。
【００１０】
しかしながら、このセラミックスの場合には、成形から焼成までの工程を経て作製されるため、コスト的に天然石材よりさらにはるかに高価であること、製造の面で大きさ・形状に制約があることなどの問題がある。
【００１１】
本発明は、上述した精密測定機器用治工具が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、比剛性が高く、面精度に優れ、しかもコスト的にも安価で、大きさや形状にも制約されない精密測定機器用治工具を製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、セメントを主体とした硬化体を精密測定機器用治工具の材料として用いれば、比剛性が高く、面精度に優れ、しかもコスト的にも安価で、大きさや形状にも制約されない精密測定機器用治工具が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち本発明は、（１）セメント、ポゾラン質微粉末、粒径が２ｍｍ以下の骨材粒子、水及び減水剤のみからなる配合物をポリエチレン型枠を用いて成形し硬化させる、面粗度がＲaで０．１μｍ以下、Ｒmaxで５μｍ以下の精密測定機器用治工具の製造方法であって、前記材料の配合割合が、セメント１００重量部に対し、ポゾラン質微粉末５〜５０重量部、粒径が２ｍｍ以下の骨材粒子５０〜２５０重量部、水１０〜３０重量部、減水剤（固形分換算）０．５〜４．０重量部であり、前記セメントが中庸熱ポルトランドセメント又は低熱ポルトランドセメントで、前記ポゾラン質微粉末がシリカフュームで、前記減水剤がポリカルボン酸系の高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする精密測定機器用治工具の製造方法（請求項１）とし、（２）配合物に、凝結後の硬化体体積の４％未満となる量の金属繊維及び／又は凝結後の硬化体体積の１０％未満となる量の有機質繊維を含む請求項１に記載の精密測定機器用治工具の製造方法（請求項２）とし、（３）金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維であることを特徴とする請求項２記載の精密測定機器用治工具の製造方法（請求項３）とし、（４）有機質繊維が、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維であることを特徴とする請求項２記載の精密測定機器用治工具の製造方法（請求項４）とし、（５）配合物に、平均粒径３〜２０μｍの無機粉末を、セメント１００重量部に対して５０重量部以下含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の精密測定機器用治工具の製造方法（請求項５）とし、（６）配合物に、平均粒度１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を、セメント１００重量部に対して３５重量部以下含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の精密測定機器用治工具の製造方法（請求項６）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
【００１４】
上記で述べたように本発明の精密測定機器用治工具としては、少なくともセメント、ポゾラン質微粉末、粒径が２ｍｍ以下の骨材粒子、水及び減水剤を含む配合物の硬化体からなる治工具とした。治工具の材料がセメントを主体とした硬化体であるため、コスト的に安価であり、しかも流し込みによる成形で作製されるため、大型で複雑な形状品を作製することができ、大きさや形状に制約されない治工具となる。
【００１５】
そして、この配合物の硬化体であれば、比剛性が高く、面粗度に優れた治工具となり、その比剛性としては、２．０×１０-1ＧＰａ以上となり、面粗度としては、Ｒａで１．０μｍ以下、Ｒｍａｘで１２μｍ以下の治工具となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の治工具を構成する硬化体に使用するセメントは、ポルトランドセメント、混合セメント、速硬セメントなどの各種セメントを使用することができる。ポルトランドセメントは、普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、低熱、白色などの各種ポルトランドセメントがいずれも使用できるが、中庸熱、耐硫酸塩、低熱の各ポルトランドセメントは、アルミネート鉱物（Ｃ3Ａ）の含有量が少なく、流動性が良いので好ましい。フライアッシュセメント、高炉セメント、シリカセメント等の混合セメントは、組成物中のポルトランドセメント分が他のセメントより相対的に少ないので、流動性を高める点では好ましい。また、硬化体の早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、速硬セメントは、短時間で硬化するので流動性が早く失われるが、早期に強度の発現を求められる場合には効果的である。
【００１７】
セメントの使用量は、後述するポゾラン質微粉末の使用量と併せて決定されるが、配合物中の単位セメント量が５００〜１０００ｋｇ／ｍ3、好ましくは７００〜８５０ｋｇ／ｍ3の範囲とすることにより、各種配合物との作用と相俟って、圧縮強度が１５０ＭＰａ以上、特に２００ＭＰａ以上の超高強度の硬化体を得ることができる。単位セメント量が５００ｋｇ／ｍ3を下回ると、超高強度硬化体を得ることが困難となり、また、セメント使用量が１０００ｋｇ／ｍ3を超えると、ポゾラン質微粉末の使用と併せて、配合物の練り混ぜが困難となり好ましくない。
【００１８】
次に、ポゾラン質微粉末は、セメントとのポゾラン反応に関与する微粉末であり、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等の平均粒径が１．５μｍ未満のものが用いられる。中でもシリカフュームは、平均粒径が１．０μｍ以下であり、粉砕する必要がなく、ポゾラン反応にも好適である。ポゾラン質微粉末は、そのマイクロフィラー効果及びセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、その微粉末の添加量が多くなると単位水量を増大させるので、ポゾラン質微粉末量はセメント１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。
【００１９】
この発明において、骨材は通常のコンクリートに使用されている砂、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及びこれらの混合物を用いることができるが、粒径は２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、好ましくは１．５ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、さらに好ましくは１．２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上のものを使用する。このような骨材粒子を使用することにより、配合物の分離抵抗性を高めると共に、硬化体の充填度及び強度を高めることができる。上記骨材の配合量は、セメント１００重量部に対して、５０〜２５０重量部の範囲、好ましくは８０〜１８０重量部の範囲とすることにより、コンクリートの作業性や分離抵抗性に優れ、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性を保持しつつ、経済的な硬化体を得ることができる。
【００２０】
また、この発明においては、上記骨材に加えて、平均粒径３．０〜２０μｍ、好ましくは４〜１０μｍの無機粉末を配合することにより、さらに硬化体の充填度を高めることができる。無機粉末としては、石英粉末、例えば、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末、あるいは、岩石粉末、石灰石粉末、高炉スラグ、火山灰、分級フライアッシュ、さらにはＡｌ2Ｏ3等の酸化物粉末、ＳｉＣZ等の炭化物粉末、ＳｉＮ等の窒化物粉末が使用できるが、中でも、石英粉末はコストや硬化体の品質安定性の面から好ましいものである。無機粉末は、セメント１００重量部に対して無機粉末が５０重量部以下の範囲、好ましくは２０〜３５重量部の範囲で含まれると、流動性が良く、硬化体が強度に優れた緻密な充填構造を形成しやすいものとなる。
【００２１】
次に、この発明は減水剤を使用する。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラニン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。中でも、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。この発明においては、従来のコンクリートと比べて硬化体中に占める微粉末の体積が多いことが特徴の一つであるが、この場合においても、減水剤の添加量を適切に調整することにより、コンクリートに所定の流動性を与えることができる。減水剤の添加量（セメントに対して外割）は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、さらにはコスト等から、セメントに対して、固形分換算で、０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜４．０重量％とする。添加量が０．１重量％未満では、減水効果が実質上なく、またこれを１０重量％超えて添加しても減水性、流動性の改善効果が頭打ちとなる。
【００２２】
この発明において、水／セメント比は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性等から、１０〜３０重量％が好ましく、１５〜２５重量％がより好ましい。
【００２３】
この発明においては、硬化体の曲げ強度を高める観点から、配合物に金属繊維及び／又は有機質繊維を含ませることが好ましい。金属繊維としては、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維は、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。径が０．０１ｍｍ未満では繊維自身の強度が不足し、張力を受けた際に切れ易くなる。径が１ｍｍを超えると、同一配合量での本数が少なくなり、コンクリートの曲げ強度が低下する。長さが３０ｍｍを超えると、混練の際ファイバーボールが生じ易くなる。長さが２ｍｍ未満ではマトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低下する。
【００２４】
金属繊維の配合量は、凝結後の硬化体体積の４％未満が好ましく、より好ましくは３．５％未満である。金属繊維の含有量は、流動性と硬化体の曲げ強度の観点から定められる。一般に、金属繊維の含有量が多くなると曲げ強度が向上するが、一方、流動性を確保するために単位水量も増大するので、金属繊維の含有量は前記の量が好ましい。
【００２５】
有機質繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロビレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機質繊維は、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。有機繊維の含有量は、凝結後の硬化体体積の10％未満が好ましく、７％未満がより好ましい。なお、この発明においては、金属繊維と有機質繊維を併用することは差し支えない。
【００２６】
この発明においては、硬化体の靭性を高める観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状の粒子はその長さ）である。繊維状の粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、コンクリートの流動性、硬化体の強度や靭性等から、セメント１００重量部に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部がより好ましい。なお、繊維状粒子においては、硬化体に靭性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が３以上のものを用いるのが好ましい。
【００２７】
なお、以上説明した配合成分のほかに、この発明は、通常、コンクリートにおいて用いられる急硬・急結材、高強度混和剤、水和促進剤、凝結調整剤などの各種コンクリート混和材料も使用できる。
【００２８】
また、前記各成分の混合及び混錬方法に制限はなく、均一に混合混錬できれば良く、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等、各種ミキサを使用することができる。さらに、配合成分の添加順序にも特に制限されるものではない。なお、配合物の成形は、通常のコンクリートにおける各種の成形方法が適用可能であり、特にこの発明の配合物の極めて優れた流動性により、通常の流し込み成形が適用できるので、コスト的に安価にできると共に、大きさや形状に制約されなく、さらに、仕上がり精度の良い精密測定機器用治工具とすることができる。
【００２９】
養生は、常温養生、高温養生、常圧蒸気養生、高温高圧養生のいずれの方法も採用でき、必要ならば、これらの組み合わせを行ってより超高強度硬化体とすることができる。さらに、従来のコンクリートと同様に配筋し、加えてプレストレスト導入製品とすることも可能である。
【００３０】
以上述べたような方法で作製された硬化体は、高い比剛性、優れた面精度を有すると共に、超高強度、高靭性、及び耐摩耗性を有する極めて信頼性のある精密測定機器用治工具とすることができる。その比剛性としては、２．０×１０-1ＧＰａ以上の比剛性が得られ、面粗度としては、通常の鋼製型枠によってＲａで１μｍ以下、Ｒｍａｘで１２μｍ以下の面粗度が得られる。このような仕上がり精度が得られない硬化体であっても、多少手間がかかるが＃１４０の砥石で研削すれば、Ｒａで０．８μｍ以下、Ｒｍａｘで８μｍ以下の面粗度を得ることができる。そして、型枠を鋼製型枠に代えて仕上がり精度の極めて良いポリエチレン型枠とすれば、Ｒａで０．１μｍ以下、Ｒｍａｘで５μｍ以下の極めて優れた面粗度が得られる。また、この面粗度に加えて優れた平面度が必要な場合には、必要とする面全体を＃１４０の砥石で研削加工すれば、５μｍ以下の優れた平面度が得られる。
【００３１】
なお、この発明の配合物を含む硬化体を通常のコンクリートと一体化成形し、通常コンクリートの表面を面精度の良い硬化体として成形した複合化治工具とすることもできる。
【００３２】
以下、実施例を挙げてこの発明を説明する。
（使用材料）
セメント：低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
ポゾラン質微粉末：シリカヒューム（平均粒径０．７μｍ）
骨材：珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）混合品（２ｍｍ篩通過量が１００重量％）
金属繊維：鋼繊維（直径：０．２ｍｍ、長さ：１５ｍｍ）
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
水：上水道水
石英粉（平均粒径７μｍ）
繊維状粒子：ウォラストナイト（平均長さ０．３ｍｍ、長さ／直径の比４）
【００３３】
実施例１
低熱ポルトランドセメント１００重量部、シリカヒューム３２．５重量部、骨材１２０重量部、高性能ＡＥ減水剤をセメントに対して１．０重量％（固形分）、水／セメント比２２重量％の条件で各材料を、二軸練りミキサに一括投入して混練りした。次いで、これを鋼製の型枠に流し込み、前置き（２０℃）４８時間後、９０℃で４８時間蒸気養生して、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱（圧縮試験用）、及び幅４０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの棒状（曲げ試験用）硬化体を得た。得られた圧縮試験用硬化体の比剛性は、２．３×１０-1ＧＰａで、面粗度はＲａで０．９９μｍ、Ｒｍａｘで１１．５μｍであった。なお、圧縮強度は、２１０ＭＰａ、曲げ強度は２５ＭＰａであり、混錬物のフロー値は２７０ｍｍであった。
【００３４】
実施例２
鋼繊維を配合物中の体積の２％を加えたほかは実施例１と同様にして硬化体を得た。得られた圧縮試験用硬化体の表面を＃１４０の砥石で研削した面精度は、Ｒａで０．７１μｍ、Ｒｍａｘで７．６μｍであった。なお、圧縮強度は、２１０ＭＰａ、曲げ強度は４７ＭＰａ、混錬物のフロー値は２５０ｍｍであった。
【００３５】
実施例３
実施例２の配合物に石英粉を３０重量部、ウォラストナイトを２４重量部加えたほかは実施例１と同様にして硬化体を得た。得られた硬化体の圧縮強度は、２３０ＭＰａ、曲げ強度は４７ＭＰａ、混錬物のフロー値は２５０ｍｍであった。
【００３６】
比較例
セメントとして普通ポルトランドセメント１００重量部、骨材として細骨材１６０重量部（山形産砕砂）、粗骨材３００重量部（秩父産砕砂）を用い、水／セメント比４０重量％としたほかは実施例１と同様に硬化体を得た。得られた硬化体の圧縮強度は６０ＭＰａ、曲げ強度は７ＭＰａ、混錬物のフロー値は５５０ｍｍであった。
【００３７】
実施例４
実施例１〜３、及び比較例で得た硬化体を用いて耐摩耗及び耐衝撃試験を行った。耐衝撃試験はピンオンディスク法により摩耗重量を測定し、また、耐衝撃試験は、シャルピー法で行った。測定結果は、実施例１の成形品摩耗量を１００とすると、実施例２、３のそれは１００、１１０であり、比較例では６０であった。また、実施例１におけるエネルギー吸収率を１とすると、実施例２、３は、それぞれ８０、１００であり、比較例では１／５であった。
【００３８】
実施例５
実施例１〜３、及び比較例で得た硬化体を用いて凍結融解試験を行い、硬化体の劣化度を凍結融解サイクル数と動弾性係数に基づく相対動弾性係数比を計測することにより調べた。測定結果は、凍結融解サイクル数１０００回での実施例１〜３の動弾性係数を１００とすると、比較例では７０であった。
【００３９】
実施例６
実施例３の配合物により、ポリエチレン型枠を用いて１ｍ×１ｍ、厚さ１００ｍｍの大型定盤を成形したところ、面精度がＲａで０．０８７μｍ、Ｒｍａｘで４．８μｍの極めて面精度の良い平滑性ある一体型の大型定盤が得られた。混練り、成形、及び養生条件は実施例３と同様である。
【００４０】
【発明の効果】
この発明は、配合物の優れた充填性により生産性が向上すると共に、仕上がり精度の良い比剛性が高く、面精度に優れた治工具とすることができる。またこの発明により、圧縮強度を２００ＭＰａ以上、曲げ強度は２０ＭＰａ以上、さらには４０ＭＰａ以上とした超緻密な硬化体とすることが可能であり、耐摩耗や耐衝撃、耐表面侵食に極めて優れ、信頼性の高い治工具とすることができる。さらに、この発明によれば、比剛性が高く、面精度に優れていることに加えて、超高強度性及び耐衝撃特性を有し、乾燥収縮が小さく、寸法精度も優れているので、計測器や半導体製造装置などに装着される定盤、その他の各種の実験台や除震台としても好適に使用できるものである。