(57)【要約】【課題】チタン粉体の飛散を防止できると共に容易に且つ安全に製造できる酸化チタン皮膜材の製造方法及び酸化チタン皮膜材を提供する。【解決手段】本発明にかかる酸化チタン皮膜材の製造方法は、チタン又はチタン合金からなるシート状の基材３の表面に粒状の投射材５を投射する。投射材５の衝突エネルギーにより基材表面のチタンが塑性変形摩擦熱で加熱されて活性化し、大気中の酸素と酸化反応を起こし、基材表面に酸化チタン層を生成するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン又はチタン合金からなる基材の表面に粒状の投射材を投射して、基材表面に酸化チタン層を生成することを特徴とする酸化チタン皮膜材の製造方法。
【請求項２】
投射材は、セラミックス、金属又は樹脂材であることを特徴とする請求項１に記載の酸化チタン皮膜材の製造方法。
【請求項３】
投射材は、ガラスビーズであることを特徴とする請求項２に記載の酸化チタン皮膜材の製造方法。
【請求項４】
基材はシート状であり、基材シートの両面又は片面に各々投射材を投射して酸化チタン層を形成することを特徴とする請求項１に記載の酸化チタン皮膜材の製造方法。
【請求項５】
基材は、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍの厚みであることを特徴とする請求項４に記載の酸化チタン皮膜材の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の製造方法により製造したことを特徴とする酸化チタン皮膜材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材表面に酸化チタン層を生成した酸化チタン皮膜材の製造方法及び酸化チタン皮膜材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、鋼材又はセラミックスからなる基材の表面にチタン又はチタン合金の粉体をエアーブラストにより噴射して基材表面に酸化チタンをコーティングする技術が開示されている。
【０００３】
この特許文献１の技術では、チタン粉末を基材に衝突させることにより、衝突時の熱でチタン粉体を大気中の酸素で酸化させると共にチタン粉体を基材に活性化吸着させることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６１３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術においては、チタン粉体を基材に吹き付けるときに基材に吸着しなかった多量のチタン粉体が飛散してしまうという問題がある。このため、高価なチタン粉末の無駄が多く、効率に劣る。
【０００６】
特に、エアーブラストによりチタン又はチタン合金の粉体を基材表面に噴き付けると、チタン又はチタン合金が基材表面に衝突したときに発生する熱エネルギーにより発火のおそれがあると共に甚だしい場合は爆発の危険がある。
【０００７】
そこで、本発明は、チタン粉体の飛散を防止できると共に容易に且つ安全に製造できる酸化チタン皮膜材の製造方法及び酸化チタン皮膜材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決する為に、請求項１に記載された発明は、チタン又はチタン合金からなる基材の表面に粒状の投射材を投射して、基材表面に酸化チタン層を生成することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、投射材は、セラミックス、金属又は樹脂材であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の発明において、投射材は、ガラスビーズであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、基材はシート状であり、基材シートの両面又は片面に各々投射材を投射して酸化チタン層を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載された発明は、請求項４に記載の発明において、基材は、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍの厚みであることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の製造方法により製造したことを特徴とする酸化チタン皮膜材である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、チタン又はチタン合金からなる基材に粒状の投射材を投射すると、投射材の衝突エネルギーにより基材表面のチタンが塑性変形摩擦熱で加熱されて活性化し、大気中の酸素と酸化反応を起こし酸化する。これにより、基材表面には二酸化チタン層が形成される。
【００１５】
本発明によれば、投射材は、チタン基材の表面に衝突するだけであるから、硬質材であれば、その材質は何でもよく、例えば、ガラスビーズや鉄球等の安全で安価なものを使用できるので、安価に製造できる。
【００１６】
投射材にチタン又はチタン合金を用いていないので、飛散しても無駄にならない。
【００１７】
投射材としてチタン又はチタン合金等の不安定な金属を用いないで済むので、発火や爆発のおそれがなく、安全に製造できる。
【００１８】
投射材は、基材との衝突エネルギーにより基材表面に熱を発生させる為、所定の質量を有する粒状としてあるから、衝突後は落下したものを回収すれば、循環して投射が連続して行える。
【００１９】
製造した酸化チタン皮膜材では、基材表面のチタンが酸化されて酸化チタン層を生成して、基材に酸化チタン層を一体に生成するから、基材の線膨張や衝撃等によるチタンの剥離が生じない。
【００２０】
製造した酸化チタン皮膜材は、投射材の衝突により、基材表面に凹凸が形成されるので、二酸化チタン層の表面積を大きく取ることができ、二酸化チタンの触媒機能を高めることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、投射材として所定の質量及び硬さを有し、熱に安定で且つ汎用性の高いものを使用できるので、取り扱い易く且つ安価に製造できる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の効果を奏すると共に、ガラスビーズは安価で熱に安定であると共に取り扱い易いことから特に好ましく用いることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、シート状の基材の両面又は片面に酸化チタン層を形成できると共に投射材を基材シートの両面に吹き付けて両面に凹凸を形成するので、酸化チタン層の表面積を更に大きくすることができる。
【００２４】
また、基材シートの両面に投射材を同時に反対位置に投射すれば、一方の投射材の投射が他方の投射材の投射に対して基材を支持することができ、基材シートの支持機構を簡易にでき、更に、シートの熱変形を防止し出来る。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の作用効果を奏すると共に、投射材を投射したときに基材シートの両面に深い凹凸を形成でき、酸化チタン層の表面積を更に大きくすることができる。
【００２６】
基材３の厚みを３ｍｍ以下としているのは、チタン又はチタン合金は高価であり、３ｍｍより厚くしても効果に変わりがないからである。０．０５ｍｍ以上としているのは、これよりも薄いと投射材の投射圧によっては破れる場合があり投射圧の設定がし難くなるからである。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一項に記載の作用効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の酸化チタン皮膜材の製造方法を行う装置の概略構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、図２は本発明の製造方法による基材表面での作用を説明する断面図であり、図３は本発明に係る酸化チタン皮膜材を用いた空気清浄器の断面図である。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る酸化チタン皮膜材１（図３）の製造方法は、チタン又はチタン合金からなる基材３の表面に粒状の投射材５を投射して、基材３の表面に酸化チタン層６を形成するものである（図２参照）。
【００３０】
基材３は、純チタン１種（ＪＩＳ）が好ましいが、チタン合金であっても良い。
【００３１】
基材３は、シート材としてあり、図１に示すように、ローラ７、７で挟持しつつ搬送し、搬送途中で基材３を挟むように基材３の両側に各々設けたノズル９、９から投射材５を投射する。ノズル９は、噴射装置１１に接続されており、噴射装置１１から投射材５を所定の投射圧で噴射するようになっている。尚、本実施の形態では、ノズル９は上下に移動して基材３の左右方向の移動と併せて、基材３の両側表面全体に亘って投射する。
【００３２】
基材３は、シート状の場合には、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍが好ましい。基材シートの厚みが０．０５ｍｍより薄いと投射材の投射圧によっては破れる場合があり投射圧の設定がし難くなる。
【００３３】
投射材５は、硬質材であれば特に材質は制限されないが、投射材として所定の質量及び硬さを有し、熱に安定で且つ汎用性の高いものを使用でき、取り扱い易く且つ安価に入手できることから、セラミックス、金属又は樹脂の粒が好ましい。具体的には、ガラスビーズ、ジルコニア、アルミナ、鉄、ナイロン樹脂、ポリカーボネート、メラミン樹脂、ユリア樹脂等の粒が使用できる。
【００３４】
投射材５の粒径は、３０μｍ乃至５００μｍが好ましい。３０μｍよりも小さいと所定の衝突エネルギーによる熱が得難い。
【００３５】
５００μｍより大きいと噴射装置で取扱い難く、また、基材表面の凹凸が大きくなりすぎて酸化チタン皮膜材の加工がし難くなるおそれがある。
【００３６】
本実施の形態によれば、図２に示すように、チタン金属製の基材３の表面に投射材５が投射されると、投射材５は、基材３の表面に衝突してその衝突エネルギーにより基材表面が塑性変形摩擦で発熱し、チタンが熱により活性化して二酸化チタン層６を形成する。同時にシート状の基材３の投射面には細かい凹凸が形成されるので、表面積が大きくなる。尚、二酸化チタン層６よりも深い位置には、酸素リッチ層（ＴｉＯ）６ａが形成される。
【００３７】
本実施の形態で得た酸化チタン皮膜材１を、更に、２００℃乃至５００℃でホットプレス成型すれば、熱により基材表面の酸化が促進して、二酸化チタン層６を更に厚くできると共に、熱ストレスを加えることにより熱（ホットプレス成型温度以下の熱）による成形品の変形を防止できる。
【００３８】
以下に、本実施の形態に係る酸化チタン皮膜材を製造し、各種の試験を行ったので、その実施例と試験の結果とを説明する。
【００３９】
（実施例）厚みが０．１ｍｍの純チタン板（１５０ｍｍ×１２０ｍｍ）の基材３に乾式ブラスト装置（株式会社フジキカイ製：ＦＤ−５）を用いて投射圧０．５ＭＰでノズル９の噴射口と基材表面との距離を１０ｃｍに保って、ノズル９から投射材５を投射した（図４参照）。ノズル９は図４中に矢印で示すように、上下左右に移動して、表面全体に亘って投射材５を投射した。投射材５には、平均粒径６０μｍのガラスビーズを用い、投射圧０．５ＭＰで基材３の両表面に片面ずつ各々１５秒間投射した。
【００４０】
（試験例１）実施例で得られた酸化チタン皮膜材１の還元力試験（還元電位を測定する試験）を行ったのでその結果を説明する。還元力試験は、水道水２００ｃｃを容器に入れたものを２個用意し、そのうちの一方に実施例品を投入し、他方をブランクとした。そして、実施例品を投入したものと、ブランクとについて、各々経過時間毎に水の電気伝導度（還元電位）を測定した。その結果を図５に示す。尚、図５において、縦軸は測定電位ｍｖであり、中性の水は約３００ｍｖである。測定器は、株式会社佐藤商事製のＯＲＰ−２０３を使用し、蛍光灯下２ｍで測定した。
【００４１】
図５から明らかなように、測定開始から約６０分程度で安定し、その後水道水の塩素（カルキ）が抜けていく為測定電位が次第に低下していくが、実施例品を投入したものにおいては、ブランクの傾斜Ｂよりも大きな傾斜（勾配）Ａで電位が低下（酸性から中性化）している。したがって、本実施例品の形態に係る酸化チタン皮膜材は、還元力を示すことが明らかである。
【００４２】
（試験例２）上記実施例で得られた酸化チタン皮膜材１について、空気浄化試験（たばこの煙の清浄化試験）を行った。空気浄化試験は、４６Ｌ（リットル）の密封したアクリル容器に入れ、たばこの煙を約２００ｃｃ容器内に注入したものを２つ用意し、一方に実施例品を入れ、他方はブランクとした。そして、実施例品を投入したものと、ブランクとについて、経過時間毎に容器内のガス濃度を暗所下で測定した。その結果を図６に示す。尚、図６において、縦軸は容器内の電圧ｍｖであり、たばこの煙の濃度が高い程電圧が高くなる。測定器は、神栄株式会社製のＯＭＸ−ＬＲを使用した。
【００４３】
図６から明らかなように、ブランクでは測定開始直後からたばこの煙の濃度が次第に上昇した後、約６０分経過後はほとんど変わらないが、実施例品は測定開始直後からたばこの煙の濃度（容器内の電圧）が次第に低下した。したがって、本実施例品の形態に係る酸化チタン皮膜材は、空気清浄化作用を示すことが明らかである。
【００４４】
（試験例３）
実施例で得られた酸化チタン皮膜材１について、油の酸価度試験を行った。酸価度試験は、町の弁当屋のサラダ油槽（１８リットル）に実施例の酸化チタン皮膜材１を１０枚浸漬して、通常の業務における揚げ物を行ったときのサラダ油の酸価度を測定した（機能材１０枚入り）。また、比較の為、サラダ油槽に酸化チタン皮膜材を入れないものについてもサラダ油の酸価度を測定した（機能材無し）。その結果を下記表１に示す。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
一般に、油揚げ業務を行う弁当店等では、サラダ油の酸価度が３を超えたら油を交換するが、機能材なしの場合には８日目で酸価度が３になって９日目でサラダ油の交換を必要とした。これに対して、機能材入りの場合には、１４日目になっても酸価度が２でサラダ油の交換を必要とせず、サラダ油の品質寿命を延命できた。同様に、本実施例品によれば、潤滑油等の油についても品質寿命の延命を図ることができる。
【００４７】
（試験例４）次に、実施例品について、水質浄化試験を行ったので、その結果についても説明する。
【００４８】
汚染された河川水３リットルを入れたもの２槽を用意し、一方に実施例品の酸化チタン皮膜材１８０ｃｍ2を１枚入れた。２つの水槽（機能材一枚入りと、機能材なし）について１４日間放置後の水質検査を行ったので、その結果を下記表２に示す。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
表２から明らかなように、実施例に係る酸化チタン皮膜材は水中の窒素や有機物濃度を著しく低減できたと共に一般細菌数も少なくできたので、水質浄化作用に優れることが明らかである。
【００５１】
（試験例５）実施例品１８０ｃｍ2のシート１０枚を自動車のガソリンタンクに入れ、走行に使用したガソリンの消費量を測定する自動車の燃費テストを行った（機能材あり）。尚、比較の為、実施例品をガソリンタンクに入れないものについても同じ条件で試験を行った（機能材無し）。その結果を下記表３に示す。
【００５２】
測定に用いた車は、スズキアルト、初年度登録が平成１２年１１月２７日、形式ＧＦ−ＨＡ１２Ｓ、原動機の形式Ｆ６Ａ、車体番号ＨＡ１２Ｓ−６９４２３５であった。走行はほとんど傾斜のない一般道１１Ｋｍを１０往復行い合計２２０Ｋｍ走行した。尚、途中に信号機はない。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
この表３から明らかなように、機能材なしの場合にはガソリンの平均使用量は２２．４５リットルであったが、機能材ありの場合にはガソリンの平均使用量は１８．７５リットルで、これらの平均値を比較すると燃費向上率は約１９．７％であった。
【００５５】
すなわち、本実施例品に係る酸化チタン皮膜材によれば、ガソリンの燃費向上を図ることができた。同様に、石油や軽油、灯油、重油等の燃料に、本実施例の酸化チタン皮膜材を浸漬すれば、これらの燃費向上も図ることができる。
【００５６】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００５７】
例えば、実施例品は、丸めたり、細かく刻んだり、短冊状にして用いるものであってもよく。使用時における形状や寸法は限定されない。また、円盤状にして靴に入れて消臭するものや通気性容器に入れて冷蔵庫等に入れて使用するものであっても良い。
【００５８】
また、シート状基材３の両面に投射材５を投射することに限らず、片面のみに投射材５を投射して、片面のみに酸化チタン層を生成するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の酸化チタン皮膜材の製造方法を行う装置の概略構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の製造方法による基材表面での作用を説明する断面図である。
【図３】本発明に係る酸化チタン皮膜材の使用例を示す断面図である。
【図４】実施例品の製造方法を説明する斜視図である。
【図５】実施例品に係る酸化チタン皮膜材の経過時間毎の還元電位を示したグラフである。
【図６】実施例品に係る酸化チタン皮膜材の空気清浄試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１    酸化チタン皮膜材
３    基材
５    投射材
９    投射ノズル
【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６】
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