(57)【要約】【課題】  本発明は、製造段階で亀裂が生じ難く、ミリメートル級や数センチメートル級といった比較的粒子径が大きめであって、且つ粒子径や粒子形状の整った中空のセラミック粒を容易に得るための製造方法、及び当該方法によって製造される中空セラミック粒、並びに当該中空セラミック粒を利用した中空セラミック粒利用物品を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の中空セラミック粒の製造方法は、粒状の発泡基材を準備する工程と、該発泡基材の表面をセラミック粉末でコーティングし、該表面にセラミック粉末層が形成されたセラミック被覆物を作製する工程と、該セラミック被覆物を焼成する工程とを含んで成る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の発泡基材を準備する工程と、
該発泡基材の表面をセラミック粉末でコーティングし、該表面にセラミック粉末層が形成されたセラミック被覆物を作製する工程と、
該セラミック被覆物を焼成する工程と
を含む中空セラミック粒の製造方法。
【請求項２】
前記発泡基材が穀物を膨化させて成る請求項１に記載の中空セラミック粒の製造方法。
【請求項３】
前記発泡基材が発泡樹脂から成る請求項１に記載の中空セラミック粒の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の中空セラミック粒の製造方法により製造した中空セラミック粒。
【請求項５】
請求項４に記載の中空セラミック粒が、二次元的又は三次元的に複数結合されて成る多孔質軽量セラミック製品。
【請求項６】
請求項４に記載の中空セラミック粒を骨材として混合して成る多孔質軽量セラミック素地。
【請求項７】
請求項４に記載の中空セラミック粒を骨材として用いた人工土壌。
【請求項８】
請求項４に記載の中空セラミック粒を骨材として混合して成る耐火断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空のセラミック粒の製造方法及び当該製造方法によって製造される中空セラミック粒、更にはこの中空セラミックス粒をそのまま、或いは骨材として利用した種々の中空セラミック粒利用物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空のセラミック粒を得る方法として、原料を発泡させる方法や、基材となる可燃物質の表面にセラミック材料をコーティングした後、当該可燃物質を焼失させる方法等が知られている。
【０００３】
原料を発泡させる方法によって得られる中空のセラミック粒としては、発泡パーライトやシラスバルーン、フライアッシュバルーン等が挙げられる。発泡パーライトは、微量の水分を含む天然の火山ガラス、すなわち真珠岩、松脂岩等を、一定の粒度に粉砕した後、急速に加熱することにより発泡させたものである。また、シラスバルーンは、シラス等の天然のガラス質火山灰を急速に加熱することにより発泡させたものであり、フライアッシュバルーンは、火力発電所等に於て石炭を燃焼させた際に集塵機によって捕集された飛灰（フライアッシュ）中に微量に含まれる無機中空体を浮遊分離したものである。
【０００４】
一方、可燃物質を焼失させて中空のセラミック粒を得る方法としては、吸水膨潤させた高吸水性ポリマー粒子の表面にセラミック原料粉末を接触させてセラミック原料粉末層を形成し、乾燥後に焼成して高吸水性ポリマー粒子を焼失させることによって、セラミック殻の内部に球状空間を有するセラミック造粒体の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２０２０８２号公報（請求項６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の発泡パーライトやシラスバルーン、フライアッシュバルーンの化学組成は、それぞれの原料である天然の火山ガラス、火山灰、石炭の化学組成に左右される。従って、発泡パーライトには、ガラスからのアルカリの溶出や、摂氏１３００度以上の耐火度が得られないという問題があり、シラスバルーンについても、耐火度の高いものを得ることは困難である。
【０００６】
また、シラスバルーンやフライアッシュバルーンの粒子の直径はマイクロメートル級であり、ミリメートル級や数センチメートル級の粒子を得ることができない。
【０００７】
更に、特許文献１に開示されたセラミック造粒体の製造方法では、高吸水性ポリマー粒子の乾燥に時間を要すると共に、膨潤した高吸水性ポリマー粒子を乾燥する際に、高吸水性ポリマー粒子が収縮して表面に形成されたセラミック原料粉末層に変形が生じるため、乾燥時や焼成時に亀裂が生じ易いという問題がある。
【０００８】
そこで本発明者は、上記の問題点に鑑み、製造段階で亀裂が生じ難く、ミリメートル級や数センチメートル級といった比較的粒子径が大きめであって、且つ粒子径や粒子形状の整った中空のセラミック粒を容易に得るための製造方法を提供するべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったのである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明の要旨とするところは、粒状の発泡基材を準備する工程と、該発泡基材の表面をセラミック粉末でコーティングし、該表面にセラミック粉末層が形成されたセラミック被覆物を作製する工程と、該セラミック被覆物を焼成する工程とを含む中空セラミック粒の製造方法であることある。
【００１０】
また、かかる中空セラミック粒の製造方法に於て、前記発泡基材が穀物を膨化させて成ることにある。
【００１１】
また、かかる中空セラミック粒の製造方法に於て、前記発泡基材が発泡樹脂から成ることにある。
【００１２】
本発明の別の要旨とするところは、上記の中空セラミック粒の製造方法により製造した中空セラミック粒であることにある。
【００１３】
本発明のまた別の要旨とするところは、上記の中空セラミック粒が、二次元的又は三次元的に複数結合されて成る多孔質軽量セラミック製品であること、或いは、上記の中空セラミック粒を骨材として混合して成る多孔質軽量セラミック素地であることにある。
【００１４】
本発明の更に別の要旨とするところは、上記の中空セラミック粒を骨材として用いた人工土壌であること、また更に、上記の中空セラミック粒を骨材として混合して成る耐火断熱材であることにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の中空セラミック粒の製造方法では、セラミック粉末層の内部に中空部を形成するために粒状の発泡基材を用いている。この発泡基材は、穀物を予め膨化させたものや発泡樹脂等であり、中空セラミック粒の製造段階に於て、水分や熱の影響による形状変化を起こすことが然程無い。従って、この発泡基材の表面に形成されたセラミック粉末層に、亀裂の発生やセラミック粉末層の形状変化といった悪影響を及ぼすことがない。
【００１６】
また、発泡基材は焼成段階に於て炭化されることなく焼失するため、焼成段階に於けるセラミック粉末層への亀裂の発生を防止できると共に、中空部に炭化物が残留することもない。
【００１７】
更に、発泡基材が形状変化を起こすことが然程無いことから、発泡基材の種類や形状、大きさ等を任意に選択して適用することによって、所望の形状及び大きさを備えた中空セラミック粒を得ることができ、ミリメートル級や数センチメートル級といった比較的粒子径の大きい中空セラミック粒も容易に得ることができる。
【００１８】
更に、本発明の中空セラミック粒の製造方法によって得られる中空セラミック粒は、発泡基材を用いたことによって形状及び大きさが整っているため、あらゆる分野に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の中空セラミック粒の製造方法の実施形態について、以下に詳述する。本発明に係る中空セラミック粒は、まず粒状の発泡基材を準備し、次にこの発泡基材の表面をセラミック粉末でコーティングすることによって、発泡基材の表面にセラミック粉末層を形成したセラミック被覆物を作製した後、このセラミック被覆物を焼成することによって得られる。
【００２０】
本発明に係る粒状の発泡基材とは、基材原料を発泡処理することによって、基材原料に空隙が形成された粒状物であり、この基材原料として、例えば、穀物や樹脂等が挙げられる。つまり、本発明に係る粒状の発泡基材としては、穀粒等の粒状の穀物を膨化させて成る粒状発泡基材（以下、「粒状膨化穀物」という。）や、粒状の発泡樹脂から成る粒状発泡基材（以下、「粒状発泡樹脂」という。）等が適用し得る。
【００２１】
本発明に係る粒状の発泡基材として粒状膨化穀物を適用する場合であるが、まずこの粒状膨化穀物の原料となる穀物については特に限定されず、あらゆる穀物が適用し得る。なお、この穀物として、例えばイネ（ウルチ米、モチ米等）、ムギ（オオムギ、コムギ、ライムギ、カラスムギ、ハトムギ等）、モロコシ（トウモロコシ、タカキビ、コウリャン、ソルガム等）、キビ、アワ、ヒエ、マメ（アズキ、ダイズ、リョクトウ、ソラマメ等）、ソバ（ダッタンソバ、アマランス、キノア等）等が挙げられる。
【００２２】
また、膨化前の穀物の状態も特に限定されず、例えば、生の状態の穀粒を直接膨化させることによって、本発明に係る粒状膨化穀物（粒状の発泡基材）を得ることができる。或いは、穀粒を煮る、蒸す、焼く、焙じる等の方法により加熱した後に冷却したもの、加熱後にペースト状にしたものを粒状やマカロニ状に成形して乾燥したもの、生の穀粒を粉末にして水等の液体を加えて混練したものを粒状やマカロニ状に成形して乾燥したもの等を膨化させることによっても、本発明に係る粒状膨化穀物を得ることができる。
【００２３】
更に、上記種々の状態の穀物を膨化する方法も特に限定されるものではないが、例えば、連続式の高温高圧押出し装置（エクストルーダー）、圧力解放機構を有するバッチ式の圧力容器（ポン菓子製造機）、シリンダーとピストンにより高温高圧にした材料を一気に常圧に戻す方法により膨化する装置（ポンせんべい製造機）等を用いて穀物を膨化することによって、本発明に係る粒状膨化穀物、すなわち粒状の発泡基材を容易に得ることができる。
【００２４】
一方、本発明に係る粒状の発泡基材としての粒状発泡樹脂には、発泡ポリウレタン、発泡ポリオレフィン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等の発泡樹脂の粒状物が適用でき、発泡樹脂そのものは特に限定されない。また、これらの粒状発泡樹脂は多孔質であることが好ましい。なぜなら、粒状発泡樹脂が備える気泡が単一の独立気泡の場合、すなわちバルーン状の粒状発泡樹脂の場合には、焼成時にバルーン内の気体の膨張により粒状発泡樹脂の体積が膨張し、当該粒状発泡樹脂の表面に形成されたセラミック粉末層に亀裂が生じる恐れがあるからである。
【００２５】
次に、上記の粒状の発泡基材、すなわち粒状発泡穀物や粒状発泡樹脂の表面をセラミック粉末でコーティングし、発泡基材の表面にセラミック粉末層が形成されたセラミック被覆物を作製する。ここで、発泡基材の表面をコーティングするためのセラミック粉末としては、カオリン、粘土、雲母、陶石等の可塑性原料、アルミナ、ジルコニア、長石、珪石、炭酸カルシウム、マグネサイト、陶磁器粉末等の非可塑性原料、鉄等の金属および二酸化チタン、亜鉛華等の金属酸化物等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。つまり、従来のセラミック製作に用いられる原料であれば、公知のあらゆる原料を用いることができる。また、これらの原料は１種のみならず、複数種を適宜調合して用いることもでき、調合割合も特に限定されるものではない。更に、助剤として、有機及び無機の可塑性付与剤、分散剤、凝集剤等が添加されてもよい。
【００２６】
また、発泡基材の表面をセラミック粉末でコーティングする方法としては、例えば、発泡基材の表面に水等の液体を噴霧して発泡基材の表面を湿らせることによりセラミック粉末を付着させる方法が挙げられるが、特にこの方法に限定されるものではない。なお、発泡基材を湿らせ過ぎると、後述する乾燥・焼成工程に於てセラミック粉末層に亀裂が生じ易くなるため、発泡基材の表面はセラミック粉末を付着できる程度に湿らせておけばよい。
【００２７】
このようにして得られたセラミック被覆物を、乾燥及び焼成することによって、本発明に係る中空セラミック粒が得られる。乾燥工程は、セラミック被覆物を作製する段階で用いた水等の液体によって湿った発泡基材及びセラミック粉末を乾燥させるために行われるが、本発明の製造方法では、然程水分が用いられないため、必ずしも乾燥工程を設ける必要はなく、また乾燥工程を行う場合も、非常に短時間で乾燥工程を完了することができる。そして、この乾燥されたセラミック被覆物を焼成すると、発泡基材が焼失して、セラミック粉末層の内部に中空部が形成されることとなる。
【００２８】
以上のように、本発明の中空セラミック粒の製造方法では、セラミック粉末層の内部の発泡基材を焼失させることによって中空部が形成されるわけであるが、この発泡基材を用いることによって、発泡基材の表面にセラミック粉末層が形成されたセラミック被覆物を乾燥及び焼成する段階で、セラミック粉末層に亀裂が生じることは然程無い。粒状の発泡基材は、穀物を予め膨化させたものや発泡樹脂等の粒状物であるため、中空セラミック粒の製造段階に於て水分や熱の影響による形状変化を起こすことが然程無く、従って、この粒状の発泡基材の表面に形成されたセラミック粉末層にも、亀裂の発生や中空セラミック粒の形状変化といった悪影響を及ぼすことがない。
【００２９】
また、例えば穀物を生のままの状態、つまり中実の穀粒の状態で用いた場合には、焼成段階に於て、穀物が不完全燃焼により炭化されるためセラミック粉末層に亀裂が生じると共にセラミック粉末層内に炭化物が残留するが、粒状膨化穀物や粒状発泡樹脂等を用いることによって、これらの粒状の発泡基材は炭化されることなく焼失するため、セラミック粉末層に亀裂が生じることはなく、中空部に炭化物が残留することもない。
【００３０】
更に、発泡基材が形状変化を起こすことは然程無いため、発泡基材の種類や形状、大きさ等を任意に選択して適用することによって、所望の形状及び大きさを備えた中空セラミック粒を得ることができ、ミリメートル級や数センチメートル級といった比較的粒子径の大きい中空セラミック粒も容易に得ることができる。
【００３１】
更に、本発明の中空セラミック粒の製造方法によって得られた中空セラミック粒は、発泡基材を用いたことによって形状及び大きさが整っているため、骨材としてあらゆる分野に適用することができる。
【００３２】
例えば、中空セラミック粒を骨材として陶土や粘土等に混合することによって、多孔質軽量セラミック素地を得ることができる。つまり、当該素地を用いて陶磁器を製造した場合には、軽量の陶磁器を容易に得ることができる。
【００３３】
また、中空セラミック粒を骨材として人工土壌に用いた場合には、非常に軽量で且つ透水性が良好な人工土壌を得ることができ、屋上緑化等にも有効利用することができる。
【００３４】
また、中空セラミック粒を骨材として混合して成る耐火断熱材は、中空セラミック粒が備える中空部が略均一であるため、耐火・断熱効果に優れている。
【００３５】
更に、中空セラミック粒が二次元的又は三次元的に複数結合されることによって、あらゆる形状の多孔質軽量セラミック製品を得ることができる。なお、中空セラミック粒を複数結合させる方法としては、本発明に係る製造方法によって予め製造した中空セラミック粒を他のセラミック粉末や結合剤によって結合させてもよいが、中空セラミック粒の製造工程で直接、多孔質軽量セラミック製品を製造することも可能である。例えば、セラミック粉末に５０重量％以上のソーダ長石、或いは霞石閃長岩を用いた場合であれば、本発明に係るセラミック被覆物の焼成段階に於て、摂氏１２５０度以下であれば中空セラミック粒を得ることができ、摂氏１２５０度を超え、特に摂氏１３００度以上ともなると、中空セラミック粒同士が結合して多孔質の軽量セラミック製品を得ることができる。つまり、予め任意形状の型枠等にセラミック被覆物を投入し、摂氏１３００度以上で焼成することによって、容易に任意形状の多孔質セラミック製品を得ることができるのである。
【００３６】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明の中空セラミック粒の製造方法は以下に示した実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３７】
米を膨化させて成る膨化米を本発明に係る粒状の発泡基材とし、この膨化米１００グラムを転動造粒装置のパンに投入する。パンを回転させ、噴霧器により水を噴霧しつつ水簸蛙目粘土粉末５００グラムを徐々に投入することによって、膨化米の表面が水簸蛙目粘土粉末でコーティングされ、膨化米の表面に水簸蛙目粘土粉末層が形成されたセラミック被覆物１が得られた。このセラミック被覆物１を乾燥させ、耐火物製の鉢に詰め、摂氏１３００度で焼成したところ、膨化米が焼失し、長径１０ミリメートル、短径６ミリメートル程度のラグビーボール型の中空セラミック粒を得ることができた。
【実施例２】
【００３８】
膨化米１００グラムを転動造粒装置のパンに投入し、パンを回転させ、噴霧器により水を噴霧しつつ、アルミナ粉末８００グラムとメチルセルロース粉末５０グラムとの混合物を徐々に投入することによって、膨化米の表面がアルミナ粉末でコーティングされ、膨化米の表面にアルミナ粉末層が形成されたセラミック被覆物２が得られた。このセラミック被覆物２を乾燥させ、耐火物製の鉢に詰め、摂氏１５５０度で焼成したところ、膨化米が焼失し、長径９ミリメートル、短径５ミリメートル程度のラグビーボール型の中空セラミック粒を得ることができた。
【実施例３】
【００３９】
直径２ミリメートルの球状発泡スチロールビーズ１００グラムを逆流式攪拌機（アイリッヒミキサー）のパンに投入し、パンを回転させ、噴霧器により水を噴霧しつつ、水簸蛙目粘土粉末５００グラムを徐々に投入することによって、球状発泡スチロールビーズの表面に水簸蛙目粘土粉末層が形成されたセラミック被覆物３が得られた。このセラミック被覆物３を乾燥させ、耐火物製の鉢に詰め、摂氏１２５０度で焼成したところ、球状発泡スチロールビーズが焼失し、直径２ミリメートル程度の球状の中空セラミック粒を得ることができた。
【実施例４】
【００４０】
膨化米１００グラムを転動造粒装置のパンに投入し、パンを回転させ、噴霧器により水を噴霧しつつ、長石４０重量％、粘土３０重量％、霞石閃長岩２７．５重量％、メチルセルロース粉末２．５重量％の割合で調合した混合物５００グラムを徐々に投入することによって、膨化米の表面に混合物の層が形成されたセラミック被覆物４が得られた。このセラミック被覆物４を乾燥させ、耐火物製の鉢に詰め、摂氏１３００度で焼成したところ、膨化米が焼失し、長径９ミリメートル、短径５ミリメートル程度のラグビーボール型の中空セラミック粒が三次元的に複数結合された、多孔質軽量セラミック製品を得ることができた。
【００４１】
以上、本発明の実施形態及び実施例について詳述したが、これらに係る本発明の中空セラミック粒の製造方法は、本発明の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の中空セラミック粒の製造方法によって得られる中空セラミック粒は、多孔質セラミック製品や多孔質セラミック素地、人工土壌、屋上緑化用の鉢、耐火耐熱材、防音壁等、あらゆる分野に適用することが可能である。