JP3227127B2 - 水硬性組成物及びそれを用いた成形体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械加工性能に優
れた機械部品用水硬性組成物及び該水硬性組成物から得
られた機械部品用材料に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、金属材料はその優れた種々の材料特
性を生かして機械部品の材料として幅広く利用されてい
る。また、近年の技術の進歩により機械部品に対するニ
ーズも高まり、金属材料の欠点を補うべく、例えば焼結
セラミックス、プラスチック等非金属材料を用いた機械
部品が多く利用されている。しかし、技術革新が進む中
で、従来の材料で全てのニーズを完全に補いきれないと
いうのが現状であり、新たな機械部品用途に使用でき
る、特に切削・研削加工性の良好な新たな材料が求めら
れている。

【０００３】これに応えるものとして、高強度硬化体に
することにより機械加工性に優れたものとする水硬性組
成物に関する先行技術が開示されている。例えば、特開
昭６１−２１５２３９は、セメント質物質と超微粉、高
性能減水剤、水及び骨材とを主成分とする組成物より超
高強度モルタル、コンクリートを得るものであり、また
特開昭６２−５２１５７、特開昭６２−２０７７５２は
前記セメント物質を含む配合物に、さらに金属粒子を含
有させて、高強度硬化体を得るものである。

【０００４】しかし、前記組成物では、高圧縮強度を達
成できても、セメント系硬化体の脱性の改良にはなって
いない。また繊維を配合した場合には、繊維が切削の抵
抗となる為機械部品としての切削性を阻害するものと思
われる。

【０００５】また機械加工性に限らずセメント質物質と
ポリマーの複合材の成形体を製造する先行技術として
は、特開平３−１３７０４７には主として木材代替を目
的として石灰質原料、珪酸質原料、繊維及び耐熱性樹脂
エマルジョンとの配合物をオートクレープ養生し高強度
の珪酸カルシウム成形体を製造する方法が開示されてい
るが、繊維配合のため、機械部品としての切削性には欠
けるものと思料される。

【０００６】以上の通り、従来技術には機械部品への適
用を目的として水酸性組成物からなる硬化体の脆性を改
良し、切削性、研削性をはじめとする加工性全体を改良
した水硬性組成物は認められない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、従来の水硬性組成物から得られる成形体に優れた機
械加工性能を与え、従来該成形体の材料特性の欠点を補
うことにより、機械部品に用いる場合に以下の特性を有
する成形体を与える水硬性組成物を提供することにあ
る。

【０００８】１．比較的軽量であること。 ２．一次加工が容易であること。 ３．仕上加工が容易であること。 ４．材料が安価であること。 ５．熱に強いこと。

【０００９】本発明の第二の目的は、該水硬性組成物か
ら得られる機械加工性等に優れた成形体を提供すること
にある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
め, 本発明の機械部品用水硬性組成物は、水硬性粉体５
０〜９０重量％と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１０〜５０重量
％とからなる混合粉体と、混合粉体１００重量部に対し
て２〜１８重量部の割合で配合した加工性改良剤とから
なることを特徴とする。

【００１１】前記加工性改良剤としては、酢酸ビニル樹
脂、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、アクリル共重合樹脂、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、酢酸ビニル
ベオバ３元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種類の樹脂からなる粉末もしくはエマルジョ
ンを用いることが好ましい。また、本発明の成形体は、
上記水硬性組成物を少なくとも含んでなる混合物を加圧
成形した後養生硬化することによって得られることを特
徴とする。

【００１２】以上の本発明の水硬性組成物は、従来の水
硬性硬化体では良好ではなかった機械加工性を改善し、
容易に加工することができる水硬性硬化体を得ることを
可能とするものである。従って、本発明の水硬性組成物
を用いて種々の形状に成形・加工することによって所望
の機械部品等を安価に製造することができ、同時に軽量
化も可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に, 本発明について説明す
る。 １．水硬性組成物からなる混合物 本発明で用いる水硬性組成物からなる混合物とは、水硬
性粉体、非水硬性粉体及び加工性改良剤からなる水硬性
組成物と、必要に応じて加えるその他の添加物と、必要
に応じて含有させる水とを混合した物である。以下に、
その詳細を記す。

【００１４】（１−１）水硬性粉体 本発明で用いる水硬性粉体は、水により硬化する粉体を
指し、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
粉体が例示できる。その代表例として、例えばポルトラ
ンドセメントのような粉体を挙げることができる。

【００１５】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と非水硬性粉体の総量
１００重量％に対し５０―９０重量％とするが、６５−
７５重量％とすることが好ましい。配合量が５０重量％
未満の場合には、強度及び充填率が低くなり、又９０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り、好ましくない。

【００１６】（１−２）非水硬性粉体 非水硬性粉体とは、単体では水と接触しても硬化するこ
とのない粉体を指すが、アルカリ性若しくは酸性状態、
あるいは高圧蒸気雰囲気においてその成分が溶出し，他
の既溶出成分と反応して生成物を形成する粉体も含む。
非水硬性粉体の代表例としては、例えば、水酸化カルシ
ウム粉末、二水石膏粉末、炭酸化カルシウム粉末、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を挙げることができる。また、これ
らの非水硬性粉体の平均粒径は、水硬性粉体の平均粒径
より１桁以上小さく、好ましくは２桁以上小さいものが
良い。細かさの下限は本発明の効果を害することがなけ
れば特に設ける必要はない。

【００１７】非水硬性粉体の配合量は水硬性粉体と非水
硬性粉体とからなる混合粉体の組成比率で１０−５０重
量％とするが、２５−３５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
なり、又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・硬化後の諸
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。

【００１８】（１−３）加工性改良剤 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性質を有する
材料を指す。即ち、加工性改良剤を添加することによっ
て、加工性改良剤が成形時における成形助剤としての役
割を果たし成形性が向上する。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ことにより、
得られる成型体が脱型時に何ら損傷を受けることなく脱
型され、ひいては作業性の向上につながる。また、慨し
て脆性材料である水硬性組成物から得られる成形体は切
削の際に亀裂型メカニズムの切削状態を呈するが、この
ような場合に材料の割れ、あるいは欠け（微視的な現象
も含む）が問題となる。

【００１９】本発明の水硬性組成物は加工性改良剤を含
有するために、得られた成形体に固体材料としての機械
加工性を促すための靱性が付与され上記材料の割れ，欠
け等の問題を阻止することが可能となる。即ち、加工性
改良剤によって、従来切削加工・研削加工等の機械加工
が困難であった水硬性組成物から得られた成形体の加工
性を金属材料と同レベルまでに改良することが可能とな
り、旋盤等による切削加工、円筒研削機等による研削加
工が金属材料と同等に行えるようになる。これらの加工
が行えることにより所望の寸法に対してμｍオーダーの
精密な機械加工品が得られるようになる。

【００２０】加工性改良剤の配合量は、水硬性粉体と非
水硬性粉体とからなる混合粉体１００重量部に対し乾ベ
ースで２−１８重量部とするが、５−１５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
削加工性が悪くなり好ましくない。１８重量部を超える
場合には、良好な成形性を有するが、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。

【００２１】加工性改良剤としては、酢酸ビニル樹脂、
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、アクリル共重合樹脂、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、酢酸ビニルベオ
バ３元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
ンを例示できる。

【００２２】（１−４）その他の添加物 本発明の水硬性組成物からなる混合物は、上記必須成分
（１−１）乃至（１−３）に加えて、増量材として珪砂
等の骨材を水硬性粉体と非水硬性粉体とからなる混合粉
体１００重量部に対し１０−５０重量部、好ましくは２
０−３０重量部の割合で加えることが出来る。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出来る。
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出来
る。

【００２３】２．水硬性組成物からなる混合物の調製及
び成形体の製造 本発明の水硬性組成物を用いて成形用混合物を調製する
には、水硬性組成物と、必要に応じて加えられるその他
の添加物に、水硬性粉体と非水硬性粉体とからなる混合
粉体１００重量部に対し、水が３０重量部以下好ましく
は２５重量部以下含有されたものを混合することにより
得られる。含有する水の量が３０重量部を越えると硬化
後の切削、研削性、研削精度、乾燥収縮に悪影響を与え
る。なお、乾燥収縮を小さくするには極力水を少なくす
るのがよい。条件によっては、水を加えなくてもよい。

【００２４】混合する方法については、特に限定するも
のでもないが、好ましくは、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。非水
硬性粉体粒径は水硬性粉体粒径より１桁以上小さい平均
粒径を有するため、均一な混合物を得るためには、剪断
力を有する混合機でなければ、混合に要する時間が非常
に長くなってしまう。

【００２５】さらに成型時の混合物のハンドリングを良
好にし、成形性を向上させるため、混合後成形する形状
に適した大きさに造粒を行った方がよい。造粒方法とし
ては、転動造粒法、圧縮造粒法、攪拌造粒法、スプレー
ドライ法など周知の方法を用いればよい。

【００２６】このようにして得られた前記混合物を用い
て加圧成型するが、所望する形状の型を用意し、静水圧
プレス、多軸プレス、１軸プレス等による方法によって
加圧する。加圧する条件として、計算される理論密度に
できる限り近づけるようにプレス圧が高いほど好ましい
が、その下限の条件は混合物の易成形性、水の含有割
合、あるいは必要とされる寸法精度の違いによって大き
く異なる。

【００２７】加圧成形後、型から取り出し十分な強度を
発現するまでに数時間から数日を要するため養生が必要
となるが、そのまま室温に放置もしくは水中養生あるい
は蒸気養生してもかまわないが、好ましくはオートクレ
ープ中で養生することがよい。なお、硬化体を形成する
為の水量が欠如又は不足している場合には、蒸気養生が
好ましい。特にオートクレープ中で養生するのが好まし
い。

【００２８】

【実施例】以下に本発明の実施例について紙送りローラ
を例示して説明する。ただしこの実施例は、本発明の趣
旨をより良く理解させるため具体的に説明するもので、
発明内容を限定するものではない。

【００２９】（実施例１）図１に示された構造の紙送り
ローラを図２に示す成形装置を用いて製造した。使用し
た水硬性組成物粉体は、この水硬性粉体としてポルトラ
ンドセメント７０重量部、非水硬性粉体としてシリカフ
ューム３０重量部および加工性改良剤として表１に示す
量のアクリル樹脂からなり、該水硬性組成物粉体に２０
―３０重量部の水と増量材として３０重量部の珪石８号
を添加し、混合した後、台座１２に立設した回転軸２の
外周部で円筒型枠１３内に充填した。これを加圧ピスト
ン１７による加圧下で成形し所定の硬度となった後、円
筒型枠１３から回転軸２ごと抜き取り脱型する。成形体
は円筒型枠１３から抜き取った後オートクレーブで養生
した。

【００３０】養生後、切削・研削加工後に硬化成形体の
水和反応、脱水等に起因した収縮等の寸法変化が生じな
いように、加工前に硬化成形体を十分乾燥させた。乾燥
後、円筒状成形体の表面を旋盤加工し、さらにセンター
レス研削機を用いて研削加工を行い、最後に円筒状成形
体の表面を砥粒を含有する熱硬化性樹脂で塗装した。

【００３１】上記加工時に置ける各種加工性を下記基準
に従って比較・評価した。 （１）成形性 成形性は、加圧に必要な圧力と圧密度合いにより易成形
性を判断した。 （２）脱型性 脱型性は円筒型枠から抜き取るときに要する力により易
脱型性を比較した。 （３）研削性 研削性については、SUS 快削鋼を基準に同じ量研削する
時間を基準に易研削性を比較した。 （４）研削精度 研削精度は、研削加工をしたものの真円度を比較した。

【００３２】

【表１】

【００３３】表中の◎、○及びＸの意味は以下の通りで
ある。 （１）成形性( プレス圧力１０００ｋｇ／ｃｍ２の時) 計算による理論密度に対する成型時の密度のパーセント
を以下の通り評価した。 ◎・・・９５％以上 ○・・・９０−９５％ Ｘ・・・９０％未満 （２）脱型性 円筒型枠から成型体を押し抜くときのプレス力を以下の
通り評価した。 ◎・・・５００ｋｇ未満 ○・・・５００−１０００ｋｇ Ｘ・・・１０００ｋｇを超える （３）研削性 ＳＵＳ快削鋼の単位時間の研削量を１００％として、成
形体の単位時間の研削量を評価した。 ◎・・・９５％超える（１００％以上もある） ○・・・９０−９５％ Ｘ・・・９０％未満 （４）研削精度 ◎・・・直径の公差が±０．００２未満 ○・・・直径の公差が±０．００２から±０．００５ Ｘ・・・直径の公差が±０．００５を超える

【００３４】また金属研削用の砥石を用いて、３種類の
材質を研削加工した。SUS 快削鋼とアルミナ焼結体およ
び本発明品のセンタレス研削加工速度と研削精度（真円
度）の比較を表２に示した。

【００３５】本開発品は、加工性改良剤を添加すること
により金属材料と同程度の加工性とその仕上がり精度を
有しており、安価に、また大量生産に向いていることが
わかる。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、加工性
能、特に切削性、研削性、研削精度に優れた水硬性組成
物から得られる製品は、金属と同程度の加工性能、軽量
および安価という特徴を兼ねている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例に係る紙送りローラを示す。

【図２】図２は、実施例に係る紙送りローラを製造する
ための成形装置及び成形方法を示す。

【符号の説明】

１ 紙送りローラ、２ 回転軸、３ 円筒状ローラ部、
１１ 紙送りローラ成形装置、１２ 台座、１２ａ 凹
部、１３ 円筒型枠、１４ プッシュローラ・ユニッ
ト、１５ 油圧シリンダ、１６ プッシュロッド、１７
加圧ピストン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 24:28 Ｃ０４Ｂ 24:28 Ａ 24:26 24:26 Ｇ Ｈ 22:06 22:06 Ａ 24:42） 24:42） Ｚ 111:30 111:30 (56)参考文献 特開 昭62−207752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−52157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−215239（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−137047（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 28/02 B28B 3/02 C04B 7/00 - 28/36 C04B 111:30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水硬性粉体５０〜９０重量％と水硬性粉
   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１０〜５０重量％とからなる混合粉体と、
   混合粉体１００重量部に対して２〜１８重量部の割合で
   配合した加工性改良剤とからなることを特徴とする機械
   部品用水硬性組成物。
2. 【請求項２】 前記加工性改良剤が、酢酸ビニル樹脂、
   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、アクリル共重合樹脂、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、酢酸ビニルベオ
   バ３元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種類の樹脂からなる粉末もしくはエマルジョンで
   あることを特徴とする請求項１記載の機械部品用水硬性
   組成物。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載した水硬性組成
   物を少なくとも含んでなる混合物を加圧成形した後養生
   硬化することによって得られる成形体。