JP3488438B2 - 火山灰を利用した構造用素材の製造方法 - Google Patents
火山灰を利用した構造用素材の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、火山灰を利用した
構造用素材の製造方法に関する。
構造用素材の製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】我が国は、世界有数の火山国として、三
宅島や有珠山を例に挙げるまでもなく、活発な火山活動
に悩まされてきた。特に、火山活動時に排出される火山
灰は、多量、微粉で、硫黄分等有害成分を含むため、人
畜や農産物に多大の被害を与えていることは周知であ
る。
宅島や有珠山を例に挙げるまでもなく、活発な火山活動
に悩まされてきた。特に、火山活動時に排出される火山
灰は、多量、微粉で、硫黄分等有害成分を含むため、人
畜や農産物に多大の被害を与えていることは周知であ
る。
【０００３】このような火山灰の有効な用途はほとんど
なく、その大部分は比較的環境への影響が少ない場所へ
廃棄されているのが現状である。しかし、微粉で有害成
分を含むため、輸送時、埋立て時等において、ときとし
て環境破壊等深刻な問題を発生する。
なく、その大部分は比較的環境への影響が少ない場所へ
廃棄されているのが現状である。しかし、微粉で有害成
分を含むため、輸送時、埋立て時等において、ときとし
て環境破壊等深刻な問題を発生する。
【０００４】
【従来の技術と課題】一方、土や石類の粉末と粘土との
混合物を原料とするセラミックタイルが提供されてお
り、これらは約８００〜１３００℃の高温にて焼成され
ている。しかし、セラミックタイルは高温焼成を必要と
するため、大型品や円形等の特殊構造物では熱変形が生
じ、仕上がり寸法の厳密な精度が保持できず、建築用の
素材としては使用しがたい問題点を有していた。
混合物を原料とするセラミックタイルが提供されてお
り、これらは約８００〜１３００℃の高温にて焼成され
ている。しかし、セラミックタイルは高温焼成を必要と
するため、大型品や円形等の特殊構造物では熱変形が生
じ、仕上がり寸法の厳密な精度が保持できず、建築用の
素材としては使用しがたい問題点を有していた。
【０００５】そこで、本発明の目的は、火山灰の有効利
用の一環として、また、仕上がり寸法の精度を充分に保
障できるセラミックタイル様の構造用素材の製造方法を
提供することにある。
用の一環として、また、仕上がり寸法の精度を充分に保
障できるセラミックタイル様の構造用素材の製造方法を
提供することにある。
【０００６】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る構造用素材の製造方法は、基材上に、
直接、火山灰を主成分とする材料を水プラズマ溶射して
火山灰溶射層を形成することによって、あるいは、基材
上に金属又はセラミックを主成分とする材料を溶射して
下盛り層を形成した後、該下盛り層上に火山灰を主成分
とする材料を水プラズマ溶射して火山灰溶射層を形成す
ることを特徴とする。下盛り層はガス溶射又は水プラズ
マ溶射される。
め、本発明に係る構造用素材の製造方法は、基材上に、
直接、火山灰を主成分とする材料を水プラズマ溶射して
火山灰溶射層を形成することによって、あるいは、基材
上に金属又はセラミックを主成分とする材料を溶射して
下盛り層を形成した後、該下盛り層上に火山灰を主成分
とする材料を水プラズマ溶射して火山灰溶射層を形成す
ることを特徴とする。下盛り層はガス溶射又は水プラズ
マ溶射される。
【０００７】
【０００８】前記基材の被処理表面をブラスト処理する
ことが好ましく、さらに、火山灰溶射層の表面を溶融処
理することがより好ましい。この表面溶融処理は、ガス
又は水プラズマ溶射機を使用し、その運転条件は溶射時
と同じでよく、溶射材料を供給しない状態で稼働させる
ことで実施すればよい。
ことが好ましく、さらに、火山灰溶射層の表面を溶融処
理することがより好ましい。この表面溶融処理は、ガス
又は水プラズマ溶射機を使用し、その運転条件は溶射時
と同じでよく、溶射材料を供給しない状態で稼働させる
ことで実施すればよい。
【０００９】ところで、火山灰の主成分は、アルミナ、
酸化珪素、酸化鉄等であり、概ね６０〜７０％の珪酸、
１５％前後のアルミナと鉄やアルカリ土類などの酸化物
から構成されている。火山灰の粒度は、その降灰箇所に
よって異なるが、概ね０．０１〜１０ｍｍであり、０．
１ｍｍ以下が約４０％、０．１ｍｍ以上が約６０％を占
めている。また、火山灰粒子に付着する火山ガスは硫酸
イオンや塩素イオンからなるため、水と結合して塩酸や
硫酸になりやすい。このため、一般にｐＨが４前後と低
く、酸性を呈することが知られている。
酸化珪素、酸化鉄等であり、概ね６０〜７０％の珪酸、
１５％前後のアルミナと鉄やアルカリ土類などの酸化物
から構成されている。火山灰の粒度は、その降灰箇所に
よって異なるが、概ね０．０１〜１０ｍｍであり、０．
１ｍｍ以下が約４０％、０．１ｍｍ以上が約６０％を占
めている。また、火山灰粒子に付着する火山ガスは硫酸
イオンや塩素イオンからなるため、水と結合して塩酸や
硫酸になりやすい。このため、一般にｐＨが４前後と低
く、酸性を呈することが知られている。
【００１０】ここで、普賢岳堆積物、始良しらす、桜島
火山灰の化学分析結果を以下の表１に示す。なお、本発
明者らが特に実験を行った三宅島の火山灰の成分に関し
ては表１とは別に後に記載する実施形態で詳細に示す。
火山灰の化学分析結果を以下の表１に示す。なお、本発
明者らが特に実験を行った三宅島の火山灰の成分に関し
ては表１とは別に後に記載する実施形態で詳細に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】各種火山灰はいずれも通常の溶射成分に近
く、特に、コーティング時の溶射性に支障はない。ま
た、火山灰中には、有害成分として硫黄分（硫酸塩では
なく、硫黄単体や硫化物）やその他の成分が含まれる
が、水プラズマ溶射は火炎温度が３０，０００℃にも達
するため、分解蒸発して除去される。
く、特に、コーティング時の溶射性に支障はない。ま
た、火山灰中には、有害成分として硫黄分（硫酸塩では
なく、硫黄単体や硫化物）やその他の成分が含まれる
が、水プラズマ溶射は火炎温度が３０，０００℃にも達
するため、分解蒸発して除去される。
【００１３】本発明で用いられる前記水プラズマ溶射
は、水安定化プラズマ溶射とも称され、プラズマ安定化
ガスとして水蒸気を使用するもので、通常のＡｒや
Ｎ2、Ｈ2，Ｈｅガス等を使用するガスプラズマ溶射と比
較して、溶射能力が高く（時間当たりの溶射量が約１０
倍）、それらのガスの代わりに水を使用するために溶射
時の費用が低減できる。
は、水安定化プラズマ溶射とも称され、プラズマ安定化
ガスとして水蒸気を使用するもので、通常のＡｒや
Ｎ2、Ｈ2，Ｈｅガス等を使用するガスプラズマ溶射と比
較して、溶射能力が高く（時間当たりの溶射量が約１０
倍）、それらのガスの代わりに水を使用するために溶射
時の費用が低減できる。
【００１４】本発明においては、基材が最終製品の形状
の基礎となるため、基材としてアルミニウム等の金属材
料を用いれば、大型の構造素材であっても寸法精度よく
製作することができる。さらに、強度を有する鉄鋼等を
機材として使用することにより、セラミックタイル様の
外観を有しながら高強度の構造用素材を得ることができ
る。
の基礎となるため、基材としてアルミニウム等の金属材
料を用いれば、大型の構造素材であっても寸法精度よく
製作することができる。さらに、強度を有する鉄鋼等を
機材として使用することにより、セラミックタイル様の
外観を有しながら高強度の構造用素材を得ることができ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る構造用素材の
製造方法の実施形態について、添付図面を参照して説明
する。
製造方法の実施形態について、添付図面を参照して説明
する。
【００１６】（三宅島火山灰の化学組成）まず、三宅島
火山灰の化学組成について、水プラズマ溶射前後に分け
て表２に示す。以下に説明する実施例１〜６で使用した
火山灰とはこの三宅島火山灰である。
火山灰の化学組成について、水プラズマ溶射前後に分け
て表２に示す。以下に説明する実施例１〜６で使用した
火山灰とはこの三宅島火山灰である。
【００１７】
【表２】
【００１８】（溶射の条件）次に、以下の実施例１〜６
で行われた水プラズマ溶射とガス溶射の条件を表３に示
す。なお、ここで示されている条件はそれぞれの溶射で
通常処理される条件と同様である。
で行われた水プラズマ溶射とガス溶射の条件を表３に示
す。なお、ここで示されている条件はそれぞれの溶射で
通常処理される条件と同様である。
【００１９】
【表３】
【００２０】（実施例１、図１参照）炭素鋼からなる円
管１１の外表面をアルミナにてブラストした後、外円管
１１を回転台に取り付け、ガス溶射機にて８０％Ｎｉ−
２０％Ａｌ（ｗｔ％）を１００μｍの厚さを目標に溶射
して下盛り層１２を形成した。
管１１の外表面をアルミナにてブラストした後、外円管
１１を回転台に取り付け、ガス溶射機にて８０％Ｎｉ−
２０％Ａｌ（ｗｔ％）を１００μｍの厚さを目標に溶射
して下盛り層１２を形成した。
【００２１】次に、円管１１を回転させて管内面に冷却
空気を送気しながら、水プラズマ溶射機にて火山灰を５
００μｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層１５
を形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
空気を送気しながら、水プラズマ溶射機にて火山灰を５
００μｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層１５
を形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
【００２２】（実施例２、図２参照）炭素鋼板２１の片
面をアルミナにてブラスとした後、ガス溶射機にて８０
％Ｎｉ−２０％Ａｌ（ｗｔ％）を１００μｍの厚さを目
標に溶射して下盛り層２２を形成した。さらに、水プラ
ズマ溶射機にてＺｒＯ2−８％Ｙ2Ｏ3（ｗｔ％）を３０
０μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層２３を形成し
た。
面をアルミナにてブラスとした後、ガス溶射機にて８０
％Ｎｉ−２０％Ａｌ（ｗｔ％）を１００μｍの厚さを目
標に溶射して下盛り層２２を形成した。さらに、水プラ
ズマ溶射機にてＺｒＯ2−８％Ｙ2Ｏ3（ｗｔ％）を３０
０μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層２３を形成し
た。
【００２３】次に、水プラズマ溶射機にて火山灰を１ｍ
ｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層２５を形成
した。その後、火山灰の供給を止めて水プラズマ溶射機
で加熱し、表層を溶融状態とした。その後は大気中に放
置し、自然冷却した。
ｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層２５を形成
した。その後、火山灰の供給を止めて水プラズマ溶射機
で加熱し、表層を溶融状態とした。その後は大気中に放
置し、自然冷却した。
【００２４】（実施例３、図３参照）Ｆｅ−１３％Ｃｒ
（ｗｔ％）鋼管３１の外表面をアルミナにてブラスとし
た後、ガス溶射機にて８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒ（ｗｔ
％）を２００μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層３２
を形成した。さらに、水プラズマ溶射機にてＺｒＯ2−
８％Ｙ2Ｏ3（ｗｔ％）を３００μｍの厚さを目標に溶射
して下盛り層３３を形成した。
（ｗｔ％）鋼管３１の外表面をアルミナにてブラスとし
た後、ガス溶射機にて８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒ（ｗｔ
％）を２００μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層３２
を形成した。さらに、水プラズマ溶射機にてＺｒＯ2−
８％Ｙ2Ｏ3（ｗｔ％）を３００μｍの厚さを目標に溶射
して下盛り層３３を形成した。
【００２５】次に、水プラズマ溶射機にて火山灰を１．
５ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層３５を
形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
５ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層３５を
形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
【００２６】（実施例４、図４参照）アルミニウム鋼管
４１の外表面をアルミナにてブラスとした後、ガス溶射
機にて８０％Ａｌ−２０％Ｎｉ（ｗｔ％）を１００μｍ
の厚さを目標に溶射して下盛り層４２を形成した。さら
に、水プラズマ溶射機にてＡｌ2Ｏ3と火山灰の等重量混
合物を５００μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層４３
を形成した。
４１の外表面をアルミナにてブラスとした後、ガス溶射
機にて８０％Ａｌ−２０％Ｎｉ（ｗｔ％）を１００μｍ
の厚さを目標に溶射して下盛り層４２を形成した。さら
に、水プラズマ溶射機にてＡｌ2Ｏ3と火山灰の等重量混
合物を５００μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層４３
を形成した。
【００２７】次に、水プラズマ溶射機にて火山灰を０．
８ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層４５を
形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
８ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層４５を
形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
【００２８】（実施例５、図５参照）ＡＬＣ（軽量発泡
コンクリート）板５１の表面に、直接、水プラズマ溶射
機にて火山灰を１ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山
灰溶射層５５を形成した。その後、火山灰の供給を止め
て水プラズマ溶射機で加熱し、表層を溶融状態とした。
その後は大気中に放置し、自然冷却した。
コンクリート）板５１の表面に、直接、水プラズマ溶射
機にて火山灰を１ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山
灰溶射層５５を形成した。その後、火山灰の供給を止め
て水プラズマ溶射機で加熱し、表層を溶融状態とした。
その後は大気中に放置し、自然冷却した。
【００２９】（実施例６、図６参照）ＦＲＰ（ガラス繊
維強化プラスチック）板６１の表面に、ガス溶射機にて
Ｚｎを２００μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層６２
を形成した。さらに、ガス溶射機にて８０％Ｎｉ−２０
％Ａｌ（ｗｔ％）を２００μｍの厚さを目標に溶射して
下盛り層６３を形成した。
維強化プラスチック）板６１の表面に、ガス溶射機にて
Ｚｎを２００μｍの厚さを目標に溶射して下盛り層６２
を形成した。さらに、ガス溶射機にて８０％Ｎｉ−２０
％Ａｌ（ｗｔ％）を２００μｍの厚さを目標に溶射して
下盛り層６３を形成した。
【００３０】次に、水プラズマ溶射機にて火山灰を０．
６ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層６５を
形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
６ｍｍの厚さを目標に溶射を行い、火山灰溶射層６５を
形成した。溶射後は大気中に放置し、自然冷却した。
【００３１】（実施例の外観状況）前記実施例１〜４の
外観状況の観察結果を表４にまとめて示す。いずれも黒
色を呈し、火山灰溶射層の剥離や脱落は見られず、異常
は認められなかった。
外観状況の観察結果を表４にまとめて示す。いずれも黒
色を呈し、火山灰溶射層の剥離や脱落は見られず、異常
は認められなかった。
【００３２】
【表４】
【００３３】（ヒートサイクル試験）前記実施例１〜４
について、耐久性（耐食性）を評価するため、１０５℃
の空気中に５０分間保持した後、常温水中へ１０分間浸
漬することを１サイクルとするヒートサイクル試験を、
１０サイクルごとにチェックしつつ５０サイクル実施
し、その結果を表５にまとめて示す。なお、比較例とし
て通常の炭素鋼（ＳＰＣＣ）を加えて試験を行い、その
結果を表５に併せて示す。
について、耐久性（耐食性）を評価するため、１０５℃
の空気中に５０分間保持した後、常温水中へ１０分間浸
漬することを１サイクルとするヒートサイクル試験を、
１０サイクルごとにチェックしつつ５０サイクル実施
し、その結果を表５にまとめて示す。なお、比較例とし
て通常の炭素鋼（ＳＰＣＣ）を加えて試験を行い、その
結果を表５に併せて示す。
【００３４】ヒートサイクル試験の結果、比較例として
の炭素鋼片には顕著な赤錆が認められたのに対し、実施
例１〜４は外観上、割れ、剥離等の異常はなく、発錆も
認められなかった。
の炭素鋼片には顕著な赤錆が認められたのに対し、実施
例１〜４は外観上、割れ、剥離等の異常はなく、発錆も
認められなかった。
【００３５】
【表５】
【００３６】（引っ張り試験）素材強度に与える影響を
調査するため、ＪＩＳ５号試験片を炭素鋼（ＳＰＣＣ）
で作製し、引っ張り試験を実施した。その結果を表６に
まとめて示す。各実施例１〜４共に基材の炭素鋼に比較
して特に強度低下等有意な差は認められなかった。
調査するため、ＪＩＳ５号試験片を炭素鋼（ＳＰＣＣ）
で作製し、引っ張り試験を実施した。その結果を表６に
まとめて示す。各実施例１〜４共に基材の炭素鋼に比較
して特に強度低下等有意な差は認められなかった。
【００３７】
【表６】
【００３８】（実施例５，６の評価）実施例５に関して
は、外観上ひび割れやその他の異常は見られず、健全で
あった。また、ＪＩＳＡ５４１６に基づいて曲げ試験を
実施したところ、特に有意な差は認められなかった。
は、外観上ひび割れやその他の異常は見られず、健全で
あった。また、ＪＩＳＡ５４１６に基づいて曲げ試験を
実施したところ、特に有意な差は認められなかった。
【００３９】実施例６に関しても、外観上ひび割れやそ
の他の異常は見られず、健全であった。また、ＪＩＳＫ
６９１９に基づいて曲げ試験を実施したところ、特に有
意な差は認められなかった。
の他の異常は見られず、健全であった。また、ＪＩＳＫ
６９１９に基づいて曲げ試験を実施したところ、特に有
意な差は認められなかった。
【００４０】（他の実施形態）
なお、本発明に係る構造用素材の製造方法は、前記実施
形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変更することができる。
形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変更することができる。
【００４１】特に、水プラズマ溶射、ガスプラズマ溶射
の条件は任意であり、基材や下盛り層等の材料は好まし
いものを任意に選択することができる。
の条件は任意であり、基材や下盛り層等の材料は好まし
いものを任意に選択することができる。
【図１】第１実施例を示す断面図。
【図２】第２実施例を示す断面図。
【図３】第３実施例を示す断面図。
【図４】第４実施例を示す断面図。
【図５】第５実施例を示す断面図。
【図６】第６実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１，５１，６１…基材
１２，２２，２３，３２，３３，４２，４３，６２，６
３…下盛り層 １５，２５，３５，４５，５５，６５…火山灰溶射層
３…下盛り層 １５，２５，３５，４５，５５，６５…火山灰溶射層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 基 昭夫
東京都北区西が丘３丁目13番10号 東京
都立産業技術研究所内
(72)発明者 片岡 征二
東京都北区西が丘３丁目13番10号 東京
都立産業技術研究所内
(72)発明者 中森 正治
兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大
阪富士工業株式会社内
(72)発明者 柳楽 勝洋
兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大
阪富士工業株式会社内
(72)発明者 相坂 隆行
兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大
阪富士工業株式会社内
(72)発明者 中島 貞好
東京都荒川区東日暮里１丁目24番10号
サンコーテクノ株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−173034（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−105124（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 4/00 - 4/18
Claims (4)
- 【請求項１】 基材上に火山灰を主成分とする材料を水
プラズマ溶射して火山灰溶射層を形成することを特徴と
する構造用素材の製造方法。 - 【請求項２】 基材上に金属又はセラミックを主成分と
する材料を溶射して下盛り層を形成する工程と、前記下
盛り層上に火山灰を主成分とする材料を水プラズマ溶射
して火山灰溶射層を形成することを特徴とする構造用素
材の製造方法。 - 【請求項３】 さらに、前記基材の被処理表面をブラス
ト処理することを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の構造用素材の製造方法。 - 【請求項４】 さらに、火山灰溶射層の表面を溶融処理
することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３
記載の構造用素材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001083324A JP3488438B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 火山灰を利用した構造用素材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001083324A JP3488438B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 火山灰を利用した構造用素材の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002285315A JP2002285315A (ja) | 2002-10-03 |
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|---|---|---|---|---|
| FR2869917B1 (fr) * | 2004-05-10 | 2009-08-21 | Daniel Bernard | Materiaux de construction constitues d'une base de beton, de ceramique terre cuite ou de bois sur laquelle est juxtaposee une pellicule de metal polie |
| JP2006021946A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 構造用素材およびその製造方法 |
| ITMO20050267A1 (it) * | 2005-10-18 | 2007-04-19 | T W R Sas Di Mario Doda E C | Procedimento per il rivestimento e o la decorazione di manufatti ceramici, e manufatti cosi' ottenibili |
| JP6506926B2 (ja) * | 2014-08-08 | 2019-04-24 | ホウムラ産業株式会社 | 三次元造形物 |
-
2001
- 2001-03-22 JP JP2001083324A patent/JP3488438B2/ja not_active Expired - Fee Related
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