JP4180103B1 - 崩壊性材料、載置台、焼却方法、ロストワックス鋳型及び鋳型崩壊方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目的とする温度まで加熱、昇温された段階では所定の強度、形状を備え、その後に所定時間が経過したときに崩壊させることのできる崩壊性材料を提供する。
【解決手段】本発明の崩壊性材料は、水硬性材料の水和物からなる基体と、基体中に分散された未膨張バーミキュライト粒子と、からなることを特徴とする。水硬性材料は、セメント及び石膏の少なくとも一種からなり、未膨張バーミキュライト粒子は、０．５〜１５ｗｔ％含有することが、本発明の崩壊性材料において好ましい。また、シラスバルーン粒子を、０．５〜２０ｗｔ％含有することが、本発明の崩壊性材料において好ましい。さらに本発明において、基体の表面に、水硬性材料の水和物とシリカパウダとからなる皮膜が形成されていることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、高温に加熱された後の所定時間経過した後に崩壊性を示す材料に関し、例えば火葬に用いる火格子として用いることが好適な崩壊性材料に関するものである。

火葬を行う方式として、「ロストル式」が知られている。ロストル式は、火格子と呼ばれる格子状の支えの上に棺を載せた状態で火葬を行うものであり、火格子によって形成された棺と炉床との間の隙間によって炉内の空気や熱の対流がスムーズになるため、燃焼効率が高いという利点がある。ただし、火葬後の骨は、棺を支えていた火格子を通して下に焼け落ちる。焼骨（遺骨）は、炉床に配設された耐熱鋼板あるいは鋳鉄製の受け皿に回収されるが、人体の形状を留めることは困難である。

そこで、本発明者は特許文献１において、火葬の過程に火格子を崩壊させることを提案した。特許文献１の提案は、低融点の銅合金を火格子の要素とすることにより、加熱された際に当該要素が軟化、溶融されることにより、火格子を崩壊させようとするものである。

特許文献１の提案は、焼骨を人体の形状に留めるという点では有効であるが、銅合金が焼骨の中に混在してしまう。焼骨と色が異なる金属が混在していると、遺族が拾骨する際に不快感を覚える。そこで、特許文献２は、焼骨と同じ白色のアルミナ系硬質セラミックスで火格子を構成することを提案している。ところが、特許文献２の提案では、火格子が崩壊しないので、焼骨は火格子の間を落下してばらばらとなってしまう。

また、特許文献３は、鋳造用シェルコート層は非常に耐熱性が高いので成分が変化しないが、この塗型層はＳｉＯ_２を主成分とするので高温で劣化し、非常にもろくなる。シェルコート層を破砕・除去する際、塗型層の崩壊性が高められているので、鋳造鋳型から鋳造品本体を容易に取り出しできることが開示されている。ところが、鋳物の大きさにより熱容量が変化し、その変化に合わせて崩壊を制御することは開示されていない。
さらに、特許文献４は、鋳型が鋳物に焼き付き剥離が難しいので鋳型表面コート層にドロマイトを添加することが開示されている。そして、ドロマイトが鋳物の溶湯の温度で吸熱分解して表面コート層が改質して崩壊性が高まることが開示されている。しかし、表面層より外側にある部分の鋳型強度を保持する部材の崩壊についての情報はない。

特開昭５９−１４２３２３号公報 特開平７−１１９９３８号公報 特開平４−２５３５４６号公報 特開平１０−１１３７４５号公報

以上のいくつかの用途に用いられる崩壊性材料は、目的とする所定の温度まで加熱、昇温された段階では所定の強度、形状を備え、その後に所定時間が経過したときに崩壊することが必要である。
そこで本発明は、所定の温度まで加熱、昇温された段階では所定の強度、形状を備え、その後に所定時間が経過したときに崩壊させることのできる崩壊性材料を提供することを目的とする。

本発明者は、通常、８００℃以上で熱処理して膨張させた後に使用されるバーミキュライトを未膨張の状態で使用することを着想した。つまり、本発明は、実際に高温で使用されるときに、それまで未膨張であったバーミキュライトが膨張され、この膨張を利用して材料を崩壊させることを特徴とする。この材料の基体として、耐熱強度、形状を容易に変更製作できる製造性、崩壊後の廃棄が問題にならず、リサイクルできることを考慮して、本発明では、水硬性材料を用いることとした。すなわち、本発明の崩壊性材料は、水硬性材料からなる基体と、基体中に分散された未膨張バーミキュライト粒子とからなり、基体の表面に水硬性材料の水和物、シリカパウダ及びドロマイトの少なくとも１種からなる皮膜を形成されていることを特徴とする。

本発明の崩壊性材料において、水硬性材料は、セメント及び石膏の少なくとも一種を用いることができる。
本発明の崩壊性材料において、未膨張バーミキュライト粒子を、０．５〜１５ｗｔ％含有することが好ましい。
本発明の崩壊性材料は、さらにシラスバルーン粒子を０．５〜２０ｗｔ％含有することができる。

本発明の崩壊性材料の用途として、本発明は、被焼却物を載置する載置台を提案する。この載置台の具体例として、遺体を火葬する際に、遺体を収納した棺を載置する火格子などの載置台が掲げられる。本発明は、この載置台に被焼却物を載置した状態で、被焼却物を載置した載置台の下部に空間を設けて焼却する焼却方法をも提案する。
また本発明は、ロストワックス鋳型に、以上説明したいずれかの崩壊性材料を含むことを特徴とするロストワックス鋳型を提案し、さらに以上説明した崩壊性材料のいずれかからなるロストワックス鋳型を、未膨張バーミキュライトの熱膨張力を利用して崩壊させることを特徴とする鋳型崩壊方法も提案する。

本発明の崩壊性材料は、高温に加熱されると、基体中に分散された未膨張バーミキュライト粒子が膨張する。未膨張バーミキュライト粒子は、例えば８００℃程度に加熱されると、体積が１０倍以上に膨張するために、基体が崩壊する。一方、未膨張バーミキュライト粒子は、水硬性材料からなる基体中に分散されており、皮膜が未膨張バーミキュライト粒子に対する断熱材となるため、周囲の温度が昇温したとしても、即座に未膨張バーミキュライト粒子が当該温度に昇温されることはない。つまり、本発明の崩壊性材料は、昇温に対して崩壊が遅延する。したがって本発明の崩壊性材料によれば、目的とする所定温度まで加熱、昇温された段階では所定の強度、形状を備え、その後に所定時間が経過したときに崩壊させることができる。

以下、本発明をより具体的に説明する。
本発明の崩壊性材料は、水硬性材料からなる基体と、基体中に分散された未膨張バーミキュライト粒子からなる。
基体は、本発明の崩壊性材料に、所定の形状、機械的強度、耐熱性を与える部分である。また、基体は、未膨張バーミキュライト粒子が加熱されて膨張するにともなって、表面から剥離、亀裂が生じて、崩壊する。基体は、これらの機能を果たすことを前提として、水硬性材料を水和させたものから構成される。

＜水硬性材料＞
水硬性材料は、セメント及び石膏の少なくとも一種から選択される。
本発明におけるセメント（cement）は、アルミナセメント、ポルトランドセメント（Portland Cement）およびこれをベースとした混合セメントを含む。ポルトランドセメントはＪＩＳ Ｒ ５２１０で品質が定められており、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等が知られている。また、混合セメントとしては、ポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、シリカ質混合材を添加したものがあり、これらの複合セメントは、ＪＩＳ Ｒ ５２１１〜５２１３に規定されている。本発明は、以上の各種セメントの中から単独又は複合で用いることができる。

本発明の水硬性材料としては、石膏を、セメントとともに又は単独で用いることもできる。
石膏は、よく知られているように、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）を主成分とするもの
であるが、本発明では、硫酸カルシウム・１／２水和物（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）である粉末状の焼石膏（半水石膏）を原料として用い、これを水和して硬化させる。この水和により、二水石膏（硫酸カルシウム・２水和物（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ））が生成される。したがって、基体を構成する石膏は、この二水石膏である。
本発明において、水硬性材料に対して添加される水は、公知技術の範囲で調整すればよい。また、本発明において、水硬性材料に一般的に添加される骨材の添加は不要であるが、本発明の効果を損なわない範囲で添加することは構わない。

＜未膨張バーミキュライト粒子＞
本発明の水硬性材料は、以上の基体中に、未膨張バーミキュライト粒子が分散されている。
通常、バーミキュライトは、加熱して膨張した多孔体の状態で用いられる。このため、断熱性、吸音性に優れるので、基材への配合材（充填材、増量材）、さらには基材として断熱材、吸音材をはじめとする各種建材に、その軽量化の目的と併せて用いられることが多い。ところが本発明は、前述したように、未膨張バーミキュライト粒子を用い、これを基体崩壊のトリガとして用いる点に特徴がある。

バーミキュライトの構造は、２八面体型、または３八面体型の２：１層の積み重なりからなっており、その間の層間域には水分子が入っている。バーミキュライトの示差熱分析曲線によれば３２０℃以下に三つの吸熱ピークがあり、そのうち第二の１８０℃のピークが最も大きい。これらのピークは層間水の脱水によるものである。層間水の一部はこれらの温度を通過しても残り、５００〜６００℃で微弱な吸熱ピークをつくり脱水すると言われている。
このように層間域に水分子を含む未膨張バーミキュライト粒子を、熱伝導度の低い上記の基体に分散させることで最初は低い温度に保持されている。しかし、徐々に未膨張バーミキュライト粒子の温度も高くなり、膨張する。

未膨張バーミキュライトは８００℃以上で熱処理して膨張させることが知られている。本発明者等が実験炉を用いて最高温度の設定を６００℃から５０℃単位で上げて膨張開始温度を調べた。その結果、６５０℃では１時間経過しても未膨張バーミキュライト粒子を成形したテストピースＴＰには変化がなかった。しかし、７００℃で１時間保持すると、バーミキュライトが膨張しテストピースＴＰは、ガサガサのバーミキュライトの塊となった。この結果から、未膨張バーミキュライト粒子は７００℃から膨張を開始することが判明した。

分散される未膨張バーミキュライト粒子の量について、傾向としては、含有量が少ないと崩壊までの時間が長くなり、逆に含有量が多くなると崩壊までの時間が短くなる。したがって、この傾向に基づいて所定温度に昇温されてから崩壊されるまでの時間等によってその量を適宜設定すればよい。ただし、含有量が少なすぎると崩壊が十分に行われないおそれがあり、また含有量が多すぎると所定温度において形状を維持できなくなるおそれがある。そこで本発明では、未膨張バーミキュライト粒子の含有量を０．５〜１５ｗｔ％の範囲とすることが好ましい。未膨張バーミキュライト粒子の含有量は、より好ましくは１〜８ｗｔ％、さらに好ましくは２〜６ｗｔ％である。

未膨張バーミキュライト粒子の粒径も特に限定されるものでないが、粒径が大きいと、基体内に均一に分散することがむずかしくなる。このことから、未膨張バーミキュライト粒子の粒径は２．５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。

本発明の崩壊性材料は、以上説明した水硬性材料、未膨張バーミキュライト粒子の他に、シラスバルーンを含有させることができる。シラスバルーンとは、天然シラスを１０００℃程度で焼成、発泡させた中空状の微粒子をいう。シラスバルーンは、熱伝導率が低いため、基体に含ませることにより、基体の熱伝導率を低下させて、崩壊時間を長くする作用を有する。シラスバルーンの含有量は、少なすぎるとその効果がなく、多すぎると基体の強度が低くなる。したがって、シラスバルーンの含有量は、０．５〜２０ｗｔ％の範囲で適宜選択することが好ましい。
また、シラスバルーンの粒径も特に限定されるものでないが、２．５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。

本発明の崩壊性材料は、基体の周囲を水硬性材料の水和物、シリカパウダ及びドロマイトの少なくとも１種からなる皮膜で覆うことができる。この皮膜は、崩壊性材料が崩壊するまでの時間を長くする効果を有する。
この皮膜の水硬性材料は、基体を構成する水硬性材料と同様のものを用いることができるが、本発明者等の検討によると、アルミナセメントと焼石膏の組合せが好ましい。焼石膏は、水和することにより硬化して石膏となる。

皮膜に含まれるシリカパウダの量によって、崩壊性材料の崩壊時間を制御することができる。崩壊時間とシリカパウダ（吸熱材、（株）エーアンドエーマテリアル）の配合比との関係を図３に示す。図３に示すように、シリカパウダの配合比が大きい、即ち単位容積に含まれるシリカパウダの量が多くなると、崩壊時間が長くなっている。皮膜内にあるシリカパウダの吸熱エネルギが、未膨張バーミキュライト粒子が膨張温度に到達するまでの時間を遅らせている。吸熱エネルギの量はシリカパウダの重量（皮膜単位重量当たりのシリカパウダ重量）と比例する。崩壊時間はシリカパウダを含有させることにより延ばすことができるから、皮膜の膜厚を厚くすることでも崩壊時間を延ばすことができる。

もう少し具体的に時系列変化での状態を記述すると以下のような変化が皮膜と崩壊性材料に起きている。
例えば、８００℃の雰囲気の中に、皮膜が形成された崩壊性材料を置く。すると、皮膜表面の温度は急激に上昇する。１００℃以下で分解する水和物は直ぐに熱分解を終了する。１００℃まで上昇すると水が気化するときに気化熱を奪うので自由水や付着水が気化している間、崩壊性材料の温度は１００℃で保持される。
崩壊性材料内部に１００℃までは熱流が流れるが、それ以上に温度上昇する時は皮膜の内部含水の気化が終わってからである。１００℃から７００℃までは熱分解温度の低い水和物から順次分解し、その分解している間吸熱作用が継続するので崩壊性材料の温度上昇は遅延する。

このような現象が皮膜で起きていることを、水和物の熱分解による吸熱現象を示差走査熱量分析装置で測定して確認した。測定は試料の水和停止と自由水を除去して行われた。その結果を図４に示す。図４から分かるように約１４０℃と約２９０℃で明確な吸熱ピークが認められ、皮膜の中の水和物が分解していることが確認された。
６５０℃以下で熱分解している間、崩壊性材料の温度は７００℃にならないので、気体中に分散されている未膨張バーミキュライト粒子は膨張しない。崩壊性材料は、未だ未崩壊のままである。６５０℃以下で熱分解する水和物がなくなれば、その後崩壊性材料の温度は７００℃に達して、分散されている未膨張バーミキュライト粒子は順次、膨張を開始する。早く崩壊開始温度に達した部分から崩壊は起こる。直方体のテストピースＴＰを用いた実験では、テストピースＴＰの長手方向の両端部から崩壊が始まる。

本発明による崩壊性材料は、被燃焼物を載置する載置台に用いることができる。この載置台として、火格子が掲げられる。本発明によれば、被燃焼物を焼却した後に、火格子を崩壊させる。この発想は、本願発明者が特許文献１で開示している。しかし、特許文献１は、低融点である銅合金系材料の温度変化による機械的性質を利用して火格子を崩壊させるというものであり、崩壊時間を延ばしたり短縮したりする崩壊時間制御に関して開示するところがない。特許文献１の後に、特許文献２で火葬炉の台車上に正四角筒状で側面に開口部を有するか角棒形状の火格子を設置し、その上に棺を置いて焼却する方法が開示されている。これは棺と炉上面の狭い間に、角棒の中心空洞から燃焼ガスや酸素を送り込むことができる火格子である。ロストル式のメリットを台車式でも活かすために考案された。台車式によれば、骨が焼け落ちるということはなくなり、人体の形状を残して整然と並んだ骨を取り出すことが可能である。また、特許文献５では連続して火葬が行え、燃焼効率、熱効率が良く、省エネルギ化が可能で、保守管理が容易で、排ガスの無色・無臭化が行える連続式火葬炉が開示されている。この火葬炉は前室と主燃焼室で構成されており、棺が前室に搬送される以前に、主燃焼室は既にプレヒートされて、８００℃の温度雰囲気になっている。特許文献５によれば、１時間程度で遺体の燃焼が完了している。

特開平９−２５０７１８号公報

燃焼効率を改善するには、棺を火格子の上に載せることが好ましい。しかるに、火格子を使用すると骨が格子間から落下するので、格子の隙間を小さくするか、板状にして、骨を落下させないことが必要である。燃焼効率が高く、かつ骨が完全に焼けた後に人体形状を留めた状態で炉床上面に焼骨を置くことができることが、最も理想的である。
このような理想的な姿を具体化できる方法の一つは、火格子の形状が遺体の大小に合わせて製作可能であり、骨が落ちないように且つ炎は遺体の下部からも当てられるように火格子には小さな孔が設けられることである。もう一つは火格子の上で遺体の焼却が終了しても更に骨を空焼きして十分な焼却を行い、その後火格子を台車の炉床面に置くことである。
この火格子を台車の炉床上面に置く方法は火格子の形状をそのままにして、炉床面に置く方法と火格子を崩壊させて炉床上面に置く方法とがある。火格子の形状を残すことは、その取り扱いは作業員が行う事になり、さらに火格子の後処理を如何するかの問題が出てくる。骨を空焼きした後に火格子を崩壊させれば理想的である。また、親族が骨や灰処理と同時に火格子の崩壊残骸処理作業を真空掃除機で行えば、３Ｋ作業をなくすことができる。

このような理想的火格子を、本発明による崩壊性材料で作製することができる。後述する実施例に示されるように、本発明の崩壊性材料を用いれば、８００℃の温度に１時間耐えた後、崩壊させることができるからである。
遺体は子供から大人まで身長、体重など様々であることから、遺体の条件に合わせて、崩壊時間も調整できる機能も必要となる。小骨が落ちない火格子構造にするためには形状構造が複雑でも製造が容易にできる材料が望ましい。このような機能を本発明の崩壊性材料は備える。
従って本発明によれば、遺体を理想的状態で焼却できる火格子を提供し、遺体を収納した棺と棺を支持する火格子と火格子の下側に空間を設けた遺体焼却において、遺体の焼却が終了し、残った骨を空焼きした後火格子が崩壊し、粒状化する遺体焼却方法と崩壊性火格子の提供を行うことができる。
本発明によれば、遺体の焼却において、遺体を高温の雰囲気の中で保持して完全焼却できるので、デレッキ等の道具を使用する作業を廃止する事ができる。また、遺体の条件が変化しても骨の空焼き時間を制御できる。遺体焼却後の灰は８００℃の高温で焼かれた後灰になるので、有機物を含ませずに、セメント骨材として、リサイクルできる。

また、本発明の崩壊性材料を、鋳造用鋳型として用いた場合、特許文献３や特許文献４で開示されている溶湯と接触する表面コート層から外側の層に適用することにより、鋳型を崩壊させることができる。すなわち、溶湯が凝固する時、融解熱が鋳型と溶湯の境界である鋳型表面コート層から鋳型の外側に拡散する。表面コート層の次の層に、未膨張バーミキュライトを含有させることで、拡散する熱により未膨張バーミキュライトを含む層の温度を８００℃まで上昇させることができる。火格子が崩壊するのと同様に鋳型も崩壊させることができる。

以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
＜テストピース＞
本実施例で作成した直方体状のテストピースＴＰは、一般にモルタル実験で使用されているサイズ（４０ｍｍ×４０ｍｍ×２５０ｍｍ）を有している。このテストピースＴＰが、本発明の崩壊性材料に該当する。
皮膜は、必要に応じて、上記テストピースＴＰの表面に、厚さが３．２〜４．０ｍｍ程度となるように形成した。ただし、長手方向の端部は、前述したように、崩壊が早く進行するために、膜厚を厚くした。
崩壊性材料の原料を所定の枠に注入し２４時間経過後に、皮膜を形成し、その後４８時間保持する。その後、枠バラシをして放置し、材齢１４日で崩壊実験を行った。

＜実験炉の仕様＞
崩壊実験は、図１に示す実験炉１を製作して行った。実験炉１は炉内径が３３０ｍｍφ×長さ１４００ｍｍで、容積０．１２ｍ^３である。炉の加熱はバーナ燃焼装置２を用い、灯油を供給する電磁弁を熱電対の電気信号でＯＮ−ＯＦＦ制御する方法で、炉内を８００℃に維持できるようにした。
テストピースＴＰは８００℃から４５０℃に炉内温度が低下した時、開閉扉３を開きテストピースＴＰを受け台４上に置ける構造になっている。テストピースＴＰの設置位置は実験炉１の中央部位置に、テストピースＴＰ下には大きな空間を設け、炉壁からテストピースＴＰの端部を支持する受け台４が突き出した構造になっている。炉内壁５は耐火レンガで組み立てられ、燃焼ガスは煙突６で室外に排気する。

＜実験炉の昇温特性確認＞
このような実験炉１で温度上昇と時間経過の関係を実験炉１の上下に取り付けた温度センサ（熱電対）７１，７２で測定した。その結果を図２に示す。温度センサ７１の位置において、第１回目に加熱点火した条件では８００℃に到達する時間が約４０〜４５分を必要とした。温度センサ７２の位置（炉面より４５ｍｍ上の位置）において、第１回目加熱点火の時には４０〜４５分経過しても７３５℃までしか到達しなかった。更に同じ条件で下側の温度センサ７２の位置より４５ｍｍ低い炉床上面（レンガ上面）での温度は、１時間経過しても５７０℃迄しか上昇しなかった。崩壊実験は８００℃に到達後、バーナ燃焼装置２を消して温度を４５０℃迄下げ、テストピースＴＰを、実験時の所定位置に設置してから再点火、加熱する。再点火して７００℃に到達する時間を測定した結果を、図２に曲線Ａで示す。同じように連続して実験を行うので、消火、点火を繰り返した時の７００℃に到達する時間を毎回記録に残した。その結果は殆どが再点火１回目１分１５秒、再点火２回目１分１０秒、再点火３回目１分５〜１０秒、再点火４回目１分５〜１０秒で、その差は２０秒以下の範囲であることが判った。テストピースＴＰの所定位置は、下側の温度センサ７２より４５ｍｍ高いだけであるが、少なくとも炉面位置より４５ｍｍ高い位置で７００℃に達しているので崩壊実験は可能であると考えた。また、７００℃の到達時間差がこの程度で一定していることは、バーミキュライトの膨張時間に影響を与えるような温度上昇速度でもなかった。このことからテストピースＴＰを実験炉１にセットする条件を一度実験炉１の温度を８００℃迄上昇させてから消火させて、４５０℃になった時からとすることにした。なお、温度センサ７１，７２はともに測定位置を変更できるようになっている。

表１に示す、崩壊性材料用の各原料を用意し、崩壊性材料からなるテストピースＴＰを作製した。また、表１に示す、皮膜形成用の各原料を用意し、皮膜形成用のスラリを作製して、必要に応じてテストピースＴＰの表面に塗布した。テストピースＴＰの作製要領は上述の通りである。
得られたテストピースＴＰについて、上述した実験炉１を用いて崩壊実験を行った。その結果を、表１に併せて示す。なお、表１において、崩壊性材料における未膨張バーミキュライトの含有量（水を除く）は、３．８５ｗｔ％である。
なお、各原料は下記のものを使用した。
アルミナセメント（皮膜）：太平洋セメント（株） 太平洋アルミナセメント１号
アルミナセメント（崩壊性材料）：ＬＡＦＡＲＧＥ ＡＬＵＭＩＮＡＴＥＳ ＳＥＧＡＲ−５１
焼石膏：吉野石膏販売（株） 焼石膏Ａ級
シラスバルーン：丸中白土（株） マールライト ＢＡ−１５
未膨張バーミキュライト：双日（株）輸入 南アフリカ共和国パラボラ鉱山産出原石

表１のＮｏ．１は、２１分５４秒で崩壊している。この値は、１０ヶのテストピースＴＰの平均値であるが、ばらつきがσ＝３３秒であることから、崩壊時間には十分な再現性がある。なお、崩壊時間とは、４５０℃から再度８００℃まで昇温してから、テストピースＴＰが崩壊して受け台４から落下した時間をいう。
表１のＮｏ．２〜４は、図３から得た崩壊時間４０分、５０分、６０分となるシリカパウダ配合比を適用した皮膜で崩壊性材料を覆ったものである。各々崩壊時間は目標に対して、４０分目標に対して４０分１８秒、５０分目標に対して４８分４３秒、６０分目標に対しても５９分２０秒であり、バラツキのσも最大１．０５とかなり再現性が高いことが確認された。
図４は、示唆走査熱量計を用いて皮膜の熱特性を測定したチャートである。ＤＤＳＣはＤＳＣの微分値を示しており、その変曲点（ピーク値）はある物質が吸熱作用を起こした点である。この考え方から、ＤＤＳＣ曲線を見れば非常に多くの変曲点があり、吸熱作用に関与している物質が多く存在している。吸熱作用を利用して崩壊時間を遅延させる機能は非常に多くの種類の水和物質を総合的に利用していることが分かった。

実施例２は、表２に示すように、アルミナセメントと普通セメントの配合比を変えて崩壊実験を実施例１と同様に行った。結果を表２に併せて示す。アルミナセメントと普通セメントの配合比を変えても、崩壊性材料単体で崩壊時間１９分、皮膜付で崩壊時間４７分程度の結果が得られることがわかる。

実施例３は、表３に示すように、水硬性材料としてアルミナセメントと普通セメントのいずれか一方と焼石膏を含有させて崩壊実験を実施例１と同様に行った。結果を表３に併せて示す。
水硬性材料として、焼石膏と、アルミナセメントと普通セメントのいずれか一方を含有させた場合でも、十分な崩壊時間が得られることが判った。また、アルミナセメントを用いた方が、崩壊時間を長くできることが判った。

実施例４は、表４に示すように、水硬性材料としてアルミナセメント又は普通セメントだけを含有させて崩壊実験を実施例１と同様に行った。結果を表４に併せて示す。
表４に示す結果より、焼石膏を含有させなくても、十分な崩壊時間が得られることが判った。

実施例５は、表５に示すように、水硬性材料として焼石膏のみを含有させ、かつ未膨張バーミキュライト粒子の含有量を変えて崩壊実験を実施例１と同様に行った。結果を表５に併せて示す。
表５に示すように、未膨張バーミキュライト粒子を含まない場合には、６０分経過してもテストピースＴＰは崩壊しなかった。また、未膨張バーミキュライト粒子の含有量が増えると、崩壊時間が短くなる傾向にある。この結果より、未膨張バーミキュライト粒子の含有量を変えることにより、崩壊時間を制御できることがわかる。

実施例６は、表６に示すように、シラスバルーンの含有量を変えて崩壊実験を実施例１と同様に行った。結果を表６に併せて示す。
表６に示すように、水硬性材料としてアルミナセメントと普通セメントを用いた場合には、シラスバルーンの含有量が多くなると、崩壊時間が長くなる。一方、水硬性材料として焼石膏を用いると、シラスバルーンの含有量が多くなると、崩壊時間が短くなる。

アルミナセメント（比熱：８３６Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））と石膏（比熱：１０８７Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））の比熱はほぼ等しいが、熱伝導率はアルミナセメントが０．８１２Ｗ／（ｍ・ｋ）、石膏が０．１６２Ｗ／（ｍ・ｋ）であるから、アルミナセメントの方が石膏より熱を５倍伝え易い。表６に示すように、熱伝導率の大きいアルミナセメントに熱伝導率が０．０８１２Ｗ／（ｍ・ｋ）と小さいシラスバルーンを１００ｇ添加した材料と、熱伝導率の比較的小さい石膏にシラスバルーンを添加しない材料との熱伝導率が等しくなったために、崩壊時間もほぼ等しくなっている。このバランスした条件から、熱伝導率の大きいアルミナセメントから熱の流れを抑えていた断熱材であるシラスバルーンの添加量を下げれば、熱伝導率は当然大きくなり、崩壊時間は短くなる。石膏の場合は、シラスバルーンの熱伝導率が石膏の１／２程度なので、シラスバルーンを添加しても熱伝導率が低下するよりも、石膏の耐熱強度がもともとアルミナセメントと比較して弱いので、シラスバルーン添加により石膏の添加量が低下した分、バーミキュライトの膨張力に対する抵抗力が低下したと考えられる。

実施例７は、表７に示すように、皮膜を構成する水硬性材料を変えて崩壊実験を実施例１と同様に行った。結果を表７に併せて示す。
表７に示すように、アルミナセメントに比べて焼石膏を用いた方が、崩壊時間が長くなることがわかった。

実施例１で用いた崩壊性材料を火格子として使用した時に、“遺体焼却が終了して、骨を空焼きした後崩壊する”ことを証明するために、ブロイラを用いて焼却実験を行った。
テストピースＴＰを火格子形状に組んで、その上にブロイラを置き燃焼させてみた。実験条件は一度実験炉１内を８００℃まで加熱させた後、バーナを消火させてからブロイラを投入した。実験条件は燃焼物重量を同じにして、火格子条件と火格子下空間条件を変えて行った。その詳細を表８に示す。実験結果は本願に従ったＡ案の方が、従来案を想定したＢ案より良い結果が得られた。Ａ案は火格子崩壊時間の設定が６０分で、実施例１と同様の崩壊性材料を使用したが崩壊時間は９分遅れた。６９分で落下した残さをアルミ箔で包み、スチール缶に入れて蓋をして、再度８００℃で３０分加熱した。これを取り出しアルミ箔と残さを分離して天秤で測定したが重量は変化しなかった。

Ａ案では残さがＢ案より少なく、臭いも残っていなかった。Ａ案の崩壊する直前の燃焼物を観察していたが、骨は燃焼ガスと同じで透明性の高い白色に近いオレンジ色であった。残った骨の大きなものは割れていた。３〜５ｍｍ程度の小さい骨は繋がって残っている事が観察された。このような結果は、燃焼物が燃焼する時間より火格子が崩壊する時間が長いために、燃焼物は火格子上で完全に燃焼してから落下できる事が確認できた。そして骨の重量が再度燃焼させても変化しないことは燃焼物が完全に燃焼していて、燃焼する有機物が残っていないことを意味している。言い換えれば、燃焼が完了した後残った骨を更に焼いた状態が、火格子上に残った骨と同じということは、空焼きしたことの証明でもある。また、遺体の条件が同一であれば、皮膜内の吸熱エネルギを大きくすることで、この空焼き時間を制御できることが新しい遺体焼却方法である。

テストピースＴＰを実験炉１上面に置いたＢ案の燃焼物の最初の位置はＡ案と同じであるが、火格子がなく、木の板で燃焼物を支持している。Ｂ案の燃焼物の下部空間はＡ案の９０ｍｍに対しＢ案は５０ｍｍと小さくしてある。これはＡ案の下部にセラミック板を挿入することにより行った。Ｂ案では残さがＡ案より多く、臭いも少し残っていた。

ブロイラは木の板が燃焼するとセラミック板上に落下して燃焼した。この燃焼実験ではＡ案と同じ６９分間実験炉１内で燃焼させてから実験炉１を消火させた。その結果がＢ案残さ重量である。Ａ案と比較して残さ重量は４０ｇ多く、Ａ案残さより５７％多い結果になった。炭化した塊と僅かな臭いが残っており、完全燃焼できず、有機物付きの骨が残った事を証明している。この原因は、図２の温度測定からも明らかで、実験炉１床面の温度は遺体燃焼温度まで達しないのである。今回のＢ案残さがＡ案より５７％増で済んだのは燃焼物の重量が少なかった事によると推測される。したがって、特別の操作をしない限り、重量のある燃焼物を実験炉１床面より少し浮かせた状態で燃焼させても支持している棺の底板が燃焼終了すれば遺体は実験炉１床面に密着接触してしまう。燃焼ガスには触れないので遺体温度は５７０℃より低下し、蛋白質燃焼温度５００℃以下に下がるだろう。遺体上面からのみ加熱されるので蒸し焼きとなり、実験炉１床面と接触する遺体部分は炭化することになる。よって少し浮かせた状態で、白い骨になるまで焼くことは１時間以内では不可能である。このＡ案とＢ案の結果から火格子下側の空間条件を変えることで、燃焼効果が大きく変化する事が証明され、完全自動燃焼させるには火格子下側に空間を設けることが必須条件なのである。

ブロイラ燃焼実験で設定崩壊時間６０分と実際の崩壊時間６９分の差が再現性データのσ＝１．０５より大きくでるのは、崩壊性材料と皮膜の機能の関係から説明できる。蛋白質の燃焼は５００℃近辺から始まるので、この近辺で燃焼している間は火格子の外部温度が８００℃よりかなり低いため、皮膜の内部にある吸熱材の吸熱カロリー消費がゆっくり進むことになる。その遅れる分、崩壊性材料の崩壊時間も遅れる事になる。
遺体は皮膜の外側に、さらに吸熱材を配置したと同様の効果を与えているのである。
また、温度が低い点での火格子内への熱流入なので、熱の流れによる大きな温度差が火格子内部に発生しないので、熱衝撃に対しても緩和機能に相当する効果が考えられる。
燃焼物が完全燃焼しても火格子の崩壊性材料温度がバーミキュライトの膨張開始温度までに達していなければ崩壊はしない。これらの理由からテストピースＴＰでの崩壊時間と燃焼物を置いた時の崩壊時間に差が出るのは当然である。

火格子の崩壊は酸化反応によるものではないので二酸化炭素は放出されない。更なる二酸化炭素放出量を増加させることもない。むしろ、火格子を高い位置において、遺体下部に空間を設けているので、従来と比べ遺体は高温の雰囲気に包まれているため上下から燃焼が進み、燃焼時間を短縮することが期待できる。このことが省エネ、二酸化炭素の放出量削減に繋がるのである。実際の燃料消費がどの程度か情報公開されていないので比較はできないが、原理的には燃料消費削減も期待できる。

実験の火格子はテストピースＴＰを３本並べて、小骨が落下しないように金網で籠を作り、その上に１．５Ｋｇのブロイラを２羽並べただけである。実際も基本的には同じで横に並べた角棒の上に板を置く構造にするか、支持台の上に載せる角棒と角棒を繋いだ形状にするかである。火格子形状を従来からあるロストル形状と類似構造に製作することは型枠さえ作れば上記原料を流し込むだけで容易に製作できる。

１７０ｃｍの大人を支持する火格子はかなり大きくなり、さらに火格子材料は燃焼しない材料なので、水和物である水は気化するが主材料である水硬性材料はそのまま残る。残灰の処分が問題になる。しかし、残る灰は８００℃の高温で焼いたものであり、有機物は一切含まない。骨を除けば、もう一度セメントの骨材としてリサイクルすることが可能である。

特許文献３では、第二のシェルコート層にナイロン製の高温消失部材を含有させ、溶融・消失させることで網目状の中空部を形成する。そして、この網目状中空部は強度が非常に低くなるので、崩壊性を容易に得ることができるという技術を特許文献３は開示している。
ロストワックス鋳型の崩壊性については、特許文献４に、鋳型に石膏を添加して、熱分解により石膏が分解して崩壊性を改善する方法が開示されている。しかし、熱膨張する材料を添加して、注湯の熱を利用して、鋳型を自己崩壊させる技術は未だ公開されていない。

本発明の提案によるアルミナセメントにバーミキュライトを添加した原料をスラリにしてワックス模型の第二層のコート材として使用する。第一層のコート層には、湯温を早く低下させるために、アルミナセメントに２０ｗｔ％のドロマイトを添加した組成とした。これは、注湯温度を早く下げるために、ドロマイトの熱分解による吸熱作用を利用するためである。鋳型に注湯した高温の湯温度が、第一層と第二層とを通して拡散するので、第一層、第二層の成分、膜厚を選択することで、鋳型を自己崩壊させることができる。この熱拡散はフーリエの法則で知られている熱伝導による熱流移動の方程式を用いて計算できる。熱伝導率と定義される物性値とを用いて、コンピュータによりシミュレーションすることで、物体の温度変化を机上で確認できる。以下は、形状を一般条件にした計算結果である。

図５は、湯の温度が鋳型内を拡散する熱伝導のシミュレーションをするための二次元の鋳型模型断面を示している。形状寸法は、円形部分の内径が３０ｍｍ、矩形部分の一辺が４０ｍｍである。円形部分と矩形部分を繋ぐバーの厚さは４ｍｍである。
図５に示すように、溶湯として鋼（物質Ａ）を用い、鋳型の第一層（物質Ｂ）には上述した皮膜組成を、また、第二層（物質Ｃ）には前述した崩壊性材料（アルミナセメント４００ｇ、普通セメント１００ｇ、シラスバルーン５０ｇ、バーミキュライト２４ｇ）を用いた。第三〜五層には、実施例１で用いた普通セメントを用いた。鋳型の周辺条件は、温度を２０℃で鋳型表面を熱伝達率が１Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）の断熱材で覆う条件とした。中心部の溶湯温度は、初期温度を１６５０℃とした。

図６は、シミュレーションに用いた物性値を示している。
各層に含まれる物質の比熱、熱伝導率は公開されている値を使用したが、未膨張バーミキュライトについては見当たらなかったため、入手した原石を財団法人セラミックスセンタにて測定した値を用いた。その値は、比熱が０．９６ｋＪ／（ｋｇ・ｋ）、熱伝導率が０．２７Ｗ／（ｍ・ｋ）であった。

ロストワックス鋳型はワックスを溶かして除去するので、１５０℃程度まで一度昇温されている。この工程で水和物は全て気化しているとみなし、注湯時には水の気化熱による鋳型内での吸熱作用はないものとしてシミュレーションしている。

図７は、注湯した後の、中心部（図７では、Ａ：最高温度、と表記）、第一層と第二層の境界部（図７では、Ｃ：内部側温度、と表記）、第二層と第三層の境界部（図７では、Ｃ：外部側温度、と表記）における経過時間と温度変化を示すシミュレーション結果である。第二層（物質Ｂ）の全ての位置が８００℃に到達する時間は、注湯開始から１分３５秒後である。実際の崩壊時間を、崩壊性材料からなるテストピースＴＰの崩壊実験データ（表９，８００℃で保持した場合）により推測する。

断面が４０×１０ｍｍのテストピースＴＰが崩壊するまでの時間は、４分４０秒である。この時間は、鋳型の片面からの加熱であれば、厚さ５ｍｍの層が８００℃で崩壊するまでの時間と同等である。実際のシミュレーションに用いた層厚は２．５ｍｍなので、８００℃に到達してから２分２０秒後に崩壊することになる。したがって、鋳型が実際に崩壊されるのは、この２分２０秒に、シミュレーションにより第二層が８００℃まで昇温されるまでの時間である８秒を加えた２分２８秒後と推定される。第一層表面温度は、テストピースＴＰ実験温度の２倍である１６５０℃を数値設定したので、シミュレーション上での崩壊時間は１分３５秒後と差がでた。

シミュレーションにおいてパラメータを操作して判ったことは、以下の通りである。
（１）第一層（物質Ｂ）は、アルミナセメントにドロマイトを添加することにより、熱分解による表面温度引下げ効果が得られるとともに、冷却後の崩壊性が良くなる。これは、層の厚さを厚くすることで、組成を変えずに、湯の温度を下げ、第二層（物質Ｃ）が８００℃に到達するまでの時間を遅延できることを意味する。
（２）第二層（物質Ｃ）は、未膨張バーミキュライトが膨張する温度である８００℃に確実に到達する。
（３）第三層（物質Ｄ）は、初期温度により、第二層（物質Ｃ）の全ての位置で８００℃に到達が完了する時間を短くする効果が大きい。
（４）図８に、注湯開始から１分３５秒後における第二層の温度分布を示しているが、円形部分のコート層と矩形部分のコート層では、温度低下速度に違いがある。円形部分の第一層は１０００℃まで低下しているが、矩形部分の第一層は１１００℃である。円形部分と矩形部分の面積の差は、溶湯（鋼）の溶融熱容量の差であるので、矩形部分の温度低下が遅れる。これから、形状の差によって、第一層の厚さ、組成を変えることで、第二層が崩壊するときの溶湯（鋼）の温度を制御できることを意味している。なお、図８の「９００」等の数値は、温度（℃）を示している。

このように、シミュレーションで得た情報で、具体的な鋳物の組成による融解温度と凝固温度を制御し、第二層（物質Ｃ）が８００℃に到達する時間を容易に制御できるので、本発明を種々の形状の鋳型に適用することができる。

実験炉の構造を示す図である。 炉内の温度上昇曲線を示す。 崩壊時間と吸熱材（シリカパウダ）配合比の関係を示すグラフである。 皮膜水和物の吸熱特性を示すグラフである。 シミュレーションに用いた鋳型形状を示す図である。 シミュレーションに用いた物性値を示す表である。 シミュレーションにおける鋳型の第二層の温度変化を示す図である。 注湯開始から１分３５秒後の第二層の温度分布を示す図である。

符号の説明

１…実験炉
２…バーナ燃焼装置
３…開閉扉
４…受け台
５…炉内壁
６…煙突
７１，７２…温度センサ
ＴＰ…テストピース

Claims (8)

1. 水硬性材料の水和物からなる基体と、
   前記基体中に分散された未膨張バーミキュライト粒子と、
   からなり、
   前記基体の表面に、前記水硬性材料の水和物、シリカパウダ及びドロマイトの少なくとも１種からなる皮膜が形成されていることを特徴とする崩壊性材料。
2. 前記水硬性材料は、セメント及び石膏の少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１に記載の崩壊性材料。
3. 前記未膨張バーミキュライト粒子を、０．５〜１５ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の崩壊性材料。
4. シラスバルーン粒子を、０．５〜２０ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の崩壊性材料。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の崩壊性材料からなり、被焼却物を載置することを特徴とする載置台。
6. 請求項５に記載の載置台に前記被焼却物を載置した状態で、前記被焼却物を載置した前記載置台の下部に空間を設けて焼却することを特徴とする焼却方法。
7. ロストワックス鋳型に、請求項１〜４のいずれかに記載の崩壊性材料を含むことを特徴とするロストワックス鋳型。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載の崩壊性材料からなるロストワックス鋳型を、未膨張バーミキュライトの熱膨張力を利用して崩壊させることを特徴とする鋳型崩壊方法。

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