JP4961674B2 - 金属材料及びその製造方法 - Google Patents
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一方、歯や骨などの生体硬組織の主成分であるカルシウムハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2は、さまざまなカチオンやアニオンとイオン交換しやすく、高い生体親和性及び吸着特性を有しており、特に蛋白質などの有機物を吸着する能力を発揮することが知られている(例えば、特許文献3)。
また、本発明により得られた金属材料は任意の形状に加工することが可能であるため、光触媒機能を有した複雑形状の部品あるいは大型寸法の部品を作成することが可能となる。特にエレクトロニクスの分野において有用であり、具体的には、レジストランや公共の施設などに設置される表示デバイス、例えばPDPなどにおいて使用し、セルフクリーニング効果によりメンテナンスフリーとすることができる。また、モバイル製品、例えばノート型PC、PDA、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、腕時計などの筐体などの金属部分に使用することで、手垢などの汚れの付着を防止することができる。
(実施例1)
本発明の金属材料は、光触媒機能を有するアパタイトを含有していることを特徴としている。前記光触媒機能を有するアパタイトは、少なくとも光触媒機能を有する金属を一種以上含んでいる金属修飾されたアパタイトであることが好ましい。
その主体を構成するアパタイトは、基本的に、次のような一般式によって表すことができる。
Ax-m-nBmCn(DOy)zEs
上式において、Aは、カルシウム、アルミニウム、ランタン、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、鉛、カドミウム、ユウロピウム、イットリウム、セリウム、ナトリウム、及びカリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子であり、アパタイトに含まれる金属原子の主成分である。この中ではカルシウムが最も一般的である。Bは紫外光を吸収する金属原子であり、チタン、ジルコニウム、及びタングステンからなる群から選ばれる。Cは可視光を吸収する金属原子であり、クロム、コバルト、マンガン、バナジウム、銅、鉄、及びニッケルからなる群から選ばれる。Dはリン、硫黄などの原子を表し、Oは酸素原子を表す。また、前記Eは水酸基(−OH)、ハロゲン原子(フッ素、塩素など)を表す。なお、前記一般式におけるBおよびCは吸収する光の種類に合わせて選択すればよい。例えば紫外光のみを吸収したい場合には前記Bだけを、また可視光のみを前記Cだけを、紫外光と可視光の両方を吸収したい場合には前記BとCの両方を含有するアパタイトを用いればよい。また、前記一般式で表されるアパタイトは、例えば、ハイドロキシアパタイト、フルオロアパタイト、クロロアパタイト、燐酸三カルシウム、燐酸水素カルシウムなどに含まれる金属原子を紫外光を吸収する金属原子と可視光を吸収する金属原子とで置換したものである。
(実施例2)
本発明に用いるアパタイトは光触媒機能を有するものであり、前記一般式中のAとしてカルシウムを、Bとしてチタンを選択したチタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトである。本実施形態のアパタイトはチタン原子の一部がカルシウム原子を置換した結晶構造を有するため、約1000℃までの加熱処理をしてもその光触媒機能を維持することが可能である。
(実施例3)
本発明に用いるアパタイトは光触媒機能を有する金属であり、前記一般式中のAとしてカルシウムを、Bとしてチタンを、Cとしてクロムを選択したクロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトである。また、本実施形態のアパタイトは、チタン原子およびクロム原子の一部がカルシウム原子を置換した結晶構造を有するため、約1000℃までの加熱処理をしてもその光触媒機能を維持することが可能である。
(実施例4)
本発明における光触媒機能を有する金属材料の母材金属は、実施例1〜3のアパタイトが1000℃までの加熱処理をしてもその光触媒機能を有するので、母材金属の融点は1000℃以下であることが好ましく、中でも500℃〜800℃の温度域近傍に融点を有するマグネシウム及びその合金、アルミニウム及びその合金、或いは亜鉛及びその合金を用いることがより好ましい。何故ならこの温度域は前記アパタイトの結晶化が促進される温度域と一致するため、本発明による金属材料の光触媒機能をより高めることができるからである。
これら母材金属よりなる合金は、パソコン、電子手帳、携帯電話などの電子機器、あるいは機械、自動車用部品に広く用いられている。特にノート型PCや携帯電話などのモバイル製品は、表面に露出している金属材料の部分が損傷、剥離、磨耗しやすいため、本発明の光触媒機能を有する金属材料を用いることで表層にのみ光触媒機能をもつ膜が付着しているものに比べて、たとえ損傷、剥離、磨耗が発生しても光触媒機能を失することはない。
(実施例5)
図1は、本発明による光触媒機能を有する金属材料の製造フローを示すものである。以下、同図に沿って説明する。
本発明による光触媒機能を有する金属材料の製造方法について説明する。本実施例は,前記電子機器筐体に用いられるマグネシウム合金に光触媒機能を付与することを想定したものである。
十分に撹拌した後に、所望の成形型内で冷却し、マグネシウム合金母材中にチタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを均一に分散させた金属材料からなる金属成形品を得ることができる。図2は本実施例記載の製造方法により作成した光触媒機能を有する金属材料の組織を観察した写真である。図2(a)はチタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを添加したマグネシウム合金であり、図2(b)は当該アパタイトを添加していないマグネシウム合金の観察結果である。図2(a)において、黒色部はチタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを示し、白っぽい部分は母材であるマグネシウム合金を示す。図2(b)と図2(a)と比較することで、本実施例記載の製造方法により作成した光触媒機能を有する金属材料は、マグネシウム合金母材中にチタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトが均一に分散されていることがわかる。
(実施例6)
本発明による光触媒機能を有する金属材料の他の製造方法について説明する。本実施例も前述の実施例と同様に,前記電子機器筐体に用いられるマグネシウム合金に光触媒機能を付与することを想定したものである。
十分に撹拌した後に、所望の成形型内で冷却し、マグネシウム合金母材中にクロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを均一に分散させた金属材料からなる金属成形品を得ることができる。
(実施例7)
前記製造方法の実施例5により、チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトの添加量を0、3、6、10、15、20重量%と変化させた光触媒機能を有するマグネシウム合金を作成した。得られたチタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイト含有マグネシウム合金を平板(100mm×150mm×1mm)状試験片に成形後、該試験片をメチレンブルー試薬(0.02mmol/l)に浸漬し、染色された試験片に対し波長365nmの紫外線を1mW/cm2の強度で照射し、光触媒機能効果の発生の有無を調査した。
その結果、チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを添加した金属材料ではメチレンブルーの褪色が確認された。図3は、本発明による光触媒機能を有する金属材料の光触媒機能効果を示す図である。同図に示すように、チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトの添加量が多いほどメチレンブルーの褪色速度が速いことを目視確認した。一方、チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを添加しないマグネシウム合金では、メチレンブルーが褪色することはなかった。
(実施例8)
前記製造方法の実施例6により、クロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトの添加量を0、3、6、10、15重量%と変化させた光触媒機能を有するマグネシウム合金を作成した。得られたクロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイト含有マグネシウム合金を円板(直径100mm、厚さ1mm)状試験片に成形し、前述のメチレンブルー試薬脱色試験法に供した。その結果、クロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを添加したマグネシウム合金ではメチレンブルーの褪色が確認された。図5は、本発明による光触媒機能を有する金属材料の光触媒機能効果を示す図である。同図に示すように、クロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトの添加量が多いほどメチレンブルーの褪色速度が速いことを目視確認した。一方、クロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを添加しないマグネシウム合金では、メチレンブルーが褪色することはなかった。
(付記1)光触媒機能を有するアパタイトを含有することを特徴とする金属材料。(1)
(付記2)前記アパタイトは光触媒機能を有する金属を少なくとも1種以上含むことを特徴とする付記1記載の金属材料。(2)
(付記3)さらに光触媒機能を有する他の金属原子を含む付記2記載の金属材料。
(付記4)前記アパタイトを含有する金属材料の母材が、マグネシウム合金、アルミニウム合金、あるいは亜鉛合金のいずれかであることを特徴とする付記1乃至2記載の金属材料。(3)
(付記5)光触媒機能を有する金属原子と、他の金属原子とを含むアパタイトを分散させた後に、所望の形状に成型することを特徴とする光触媒機能を有する金属材料。
(付記6)光触媒機能を有する金属原子は、チタン、ジルコニウム、タングステン、クロム、コバルト、銅、鉄、ニッケルよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子であることを特徴とする付記2又は4記載の光触媒機能を有する金属材料。(4)
(付記7)他の金属原子は、カルシウム、アルミニウム、ランタン、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、鉛、カドミウム、ユウロピウム、イットリウム、セリウム、ナトリウム、及びカリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子であることを特徴とする付記3又は4記載の光触媒機能を有する金属材料。
(付記8)光触媒機能を有する金属原子がチタン及びクロムであり、他の金属原子がカルシウムであることを特徴とする付記2又は5記載の光触媒機能を有する金属材料。
(付記9)母材金属が、マグネシウム合金、アルミニウム合金、あるいは亜鉛合金のいずれかであることを特徴とする付記5乃至8記載の光触媒機能を有する金属材料。
(付記10)光触媒機能を有するアパタイトを、該アパタイトの結晶化が促進される温度域内の温度に設定した母材金属溶湯中に添加し分散させた後に、所望の形状に成型することを特徴とする光触媒機能を有する金属材料の製造方法。(5)
(付記11)光触媒機能を有する金属原子と、他の金属原子とを含むアパタイトを、前記光触媒機能を有するアパタイトとともに結晶化が促進される温度域内の温度に設定した母材金属溶湯中に添加することを特徴とする付記10記載の光触媒機能を有する金属材料の製造方法。
(付記12)前記結晶化が促進される温度域が500℃乃至800℃の温度である付記10乃至11記載の光触媒機能を有する金属材料の製造方法。
(付記13)光触媒機能を有する金属原子と、他の金属原子とを含む光触媒機能を有するアパタイトを、母材金属の主成分よりなる金属箔に包んで母材金属溶湯中に添加することを特徴とする付記10乃至12記載の光触媒機能を有する金属材料の製造方法。
(付記14)母材金属が、マグネシウム合金、アルミニウム合金、あるいは亜鉛合金のいずれかであることを特徴とする付記10乃至13記載の光触媒機能を有する金属材料の製造方法。
Claims (3)
- 光触媒機能を有し、チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトまたはクロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトを含有する金属材料。
- 前記金属材料の母材が、マグネシウム合金、アルミニウム合金、あるいは亜鉛合金のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の金属材料。
- 光触媒機能を有するアパタイトを、該アパタイトの結晶化が促進される温度域内の温度に設定した母材金属溶湯中に添加し分散させた後に、所望の形状に成型することを特徴とする光触媒機能を有するアパタイトを含有する金属材料の製造方法であって、
前記光触媒機能を有するアパタイトは、チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトまたはクロム・チタン修飾カルシウムハイドロキシアパタイトであることを特徴とする金属材料の製造方法。
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