JP5750695B2 - 装飾材料、装飾品およびカルシウムを含有する装飾材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カルシウムを含有する装飾材料に関する。

法律上、環境衛生上から、死亡した人は火葬などにより焼却される。そして、焼却後に残った遺骨は、一般的に墓に埋葬される。この故人の身内などは、故人を偲んで墓参りをすることも多いが、その墓が住居の近くに無い場合には、頻繁に墓参りをすることができない。そのため、遺骨の一部を骨壷に入れて自宅の仏壇などに保管する人もいる。また、近年においては、遺骨の一部を用いて装飾品に加工し、室内に保管したり、携帯したりしても違和感のないようにする技術が開発されている。このような技術には、例えば、特許文献１に記載されるように、遺骨と鉱石を混ぜて結晶化する技術、特許文献２に示すように、２つの人造結晶により挟まれる中間層に遺骨を埋め込んだ装飾結晶タブレットを製造する技術などがある。また、遺骨をそのまま溶融して結晶化しようとすると、ハイドロキシアパタイトを含む多相の物質ができるのみである。

特表２００２−５１７３７３号公報 特開２００７−１５２０７５号公報

特許文献１に記載された技術により製造された結晶は、遺骨の成分、すなわちリン酸カルシウムを主成分とした結晶である性質上、透明度が低く、硬度も低くなる。また、特許文献２に記載された技術により製造された結晶タブレットにおいては、遺灰が混入される中間層を、２つの人造結晶で挟んでいる。この人造結晶としてサファイアまたはルビーを用いることで破損しにくい構成とすることができる一方、挟まれる中間層はガラスであるため、この部分において破損または剥離がおきることがある。また、遺灰が混入した中間層の存在により透明度を高くすることが困難である場合があった。いずれの場合であっても、最終的に得られた結晶、および結晶タブレットは、宝石としての価値は低くなるだけでなく、長期間の保存に耐えない場合があった。

本発明は、骨などに含まれる元素であるカルシウムを宝石などの装飾材料に含有させつつ、装飾材料としての価値が失われにくくすることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、不純物としてカルシウムを含有する装飾材料であって、前記装飾材料の表面に近いほど前記カルシウムの濃度が高くなる領域を有することを特徴とする装飾材料を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記カルシウムは、前記表面全体にわたって分布していることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記領域は、可視光に含まれる波長の少なくとも一部の波長の光に対して透過性を有することを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記カルシウムは、前記表面からの非破壊での分析により検出可能な濃度で前記領域に含まれていることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記分析は、蛍光Ｘ線分析であることを特徴とする。

また、本発明は、上記記載の装飾材料と、前記装飾材料を支持する支持部材とを有することを特徴とする装飾品を提供する。

また、本発明は、不純物としてカルシウムを含有する装飾材料の製造方法であって、カルシウムを含有するカルシウム材と結晶質の装飾材料とを接触させる接触工程と、前記カルシウム材と接触した状態の前記結晶質の装飾材料を、当該結晶質の装飾材料の融点（摂氏換算）より低く当該融点（摂氏換算）の３０％以上の温度で焼成することにより、当該結晶質の装飾材料に前記カルシウムを含有させる焼成工程とを有することを特徴とするカルシウムを含有する装飾材料の製造方法を提供する。

また、本発明は、不純物としてカルシウムを含有する装飾材料の製造方法であって、カルシウムを含有するカルシウム材と非晶質の装飾材料とを接触させる接触工程と、前記カルシウム材と接触した状態の前記非晶質の装飾材料を、当該非晶質の装飾材料の軟化点（摂氏換算）の７０％より高く当該非晶質の装飾材料の形状を維持できる温度で焼成することにより、当該非晶質の装飾材料に前記カルシウムを含有させる焼成工程とを有することを特徴とするカルシウムを含有する装飾材料の製造方法を提供する。

また、別の好ましい態様において、不純物としてカルシウムを含有する装飾材料の製造方法であって、カルシウムを含有するカルシウム材からカルシウムをイオン化させるイオン化工程と、前記イオン化したカルシウムを装飾材料に注入することにより、当該装飾材料に前記カルシウムを含有させるイオン注入工程とを有することを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、動物の骨に含まれるリン酸カルシウムからリンを分離してカルシウムまたはカルシウム化合物を生成する生成工程をさらに有し、前記カルシウム材は、前記生成されたカルシウムまたはカルシウム化合物を含むことを特徴とする。

本発明によれば、骨などに含まれる元素であるカルシウムを宝石などの装飾材料に含有させつつ、装飾材料としての価値が失われにくくすることができる。

本発明の第１実施形態におけるカルシウムを含有する宝石の製造方法および装飾品の製造方法を説明する図である。 本発明の第１実施形態における侵入処理における各工程を説明する図である。 本発明の第１実施形態における接触法により処理前宝石の表面全体にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。 本発明の第１実施形態における宝石を用いた装飾品を説明する図である。 本発明の第１実施形態における宝石の焼成条件別の蛍光Ｘ分析結果を示す図である。 本発明の第２実施形態における侵入処理における各工程を説明する図である。 本発明の第２実施形態におけるイオン注入法により処理前宝石の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。 本発明の第３実施形態におけるカルシウムを含有する宝石の製造方法および装飾品の製造方法を説明する図である。 本発明の第３実施形態における結晶化処理における各工程を説明する図である。 本発明の変形例１における接触法により処理前宝石の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。 本発明の変形例１におけるイオン注入法により処理前宝石の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。 本発明の変形例２における接触法により処理前宝石の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態における宝石１０Ａ（図３（ｂ）参照）は、不純物としてカルシウムを含有している領域（以下、不純物領域という）を一部に有する宝石である。このカルシウムを含有する前の状態の装飾材料としての宝石（処理前宝石１０：図３（ａ）参照）は、ルビー、サファイア、ダイヤモンド、ガーネット、スピネル、ルチル、水晶、エメラルド、アクアマリン、トパーズ、トルマリン、ジルコニアなど結晶質の無機物により構成される宝石であればよく、天然宝石のみならず、人工的に合成された合成宝石も含んでいる。この不純物領域においては、カルシウムの濃度が表面に近いほど高くなっている。この例においては、不純物として含有するカルシウムは、人の骨（以下、単に骨という）から得られたものを用いている。なお、骨は、人の骨に限らず、動物の骨であればよい。
以下、この宝石１０Ａの製造方法について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態におけるカルシウムを含有する宝石１０Ａの製造方法および装飾品の製造方法を説明する図である。図１に示すように、宝石１０Ａの製造方法は、骨焼成工程（ステップＳ１００）、生成工程（ステップＳ２００）、および侵入処理（ステップＳ３００）を有する。さらに取付工程（ステップＳ４００）の処理を行うことにより装飾品の製造方法となる。

骨焼成工程（ステップＳ１００）は、骨を焼成することにより、主成分であるリン酸カルシウムを抽出するとともに、骨を粉砕しやすい状態に移行させる工程である。この工程において、骨は横型管状炉に設置され、１０００℃で１２時間の焼成条件で焼成される。焼成においては、炉内に空気、窒素などのガスが、例えば１Ｌ／ｍｉｎの流量で流される。横型管状炉の排気ダクトには、活性炭などのフィルタが設置されていることが望ましい。このようにすると、蒸発物および臭気がフィルタにより浄化され、これらの流出を低減することができる。なお、上記の焼成条件および炉内雰囲気は、一例であって、骨に含まれるリン酸カルシウム以外の成分を減少させ、骨がより粉砕されやすい状態となれば、どのような条件であってもよい。

生成工程（ステップＳ２００）は、骨焼成工程（ステップＳ１００）において焼成された骨に化学的処理を施すことにより、酸化カルシウムを含有するカルシウム材を生成する。この例においては、化学的処理は以下のように行われる。
まず、焼成された骨を粉砕することにより、主成分がリン酸カルシウムである粉末が得られる。この粉末を１０％硫酸溶液に混入させることにより、沈殿が生じる。この沈殿物を濾過することにより、硫化カルシウム（硫化カルシウム水和物を含む）が得られる。得られた硫化カルシウム（硫化カルシウム水和物を含む）を、１３００℃で焼成すると、酸化カルシウムを主成分としたカルシウム材が生成される。なお、上記の処理条件は、一例であって、カルシウム材が生成されればどのような条件であってもよい。

侵入処理（ステップＳ３００）は、生成工程（ステップＳ２００）において生成されたカルシウム材と侵入処理前の宝石（以下、処理前宝石１０という）とを接触させて、処理前宝石１０にカルシウムを侵入させる処理である。この処理方法を、以下、接触法という。侵入処理（ステップＳ３００）の内容について図２を用いて説明する。

図２は、本発明の第１実施形態における侵入処理における各工程を説明する図である。図３は、本発明の第１実施形態における接触法により処理前宝石１０の表面全体にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。図３は、各構成の断面を模式的に示している。侵入工程（ステップＳ３００）は、接触工程（ステップＳ３１１）、焼成工程（ステップＳ３１２）、および取出工程（ステップＳ３１３）を有する。

接触工程（ステップＳ３１１）は、生成工程（ステップＳ２００）において生成されたカルシウム材を処理前宝石１０に接触させる工程である。この例においては、図３（ａ）に示すように、焼成用の容器である坩堝５０の内部において、処理前宝石１０は、カルシウム材の粉末（以下、カルシウム材粉末２０という）に覆われることにより接触状態となる。ここで用いられる処理前宝石１０は、カルシウムを含有しない物質であり、予め、カット、研磨などが行われて、美観を与える形状に整えられたものとなっている。なお、図３に示す処理前宝石１０は、多面体形状であるが、一部に曲面を含んでいてもよいし、球状であってもよい。

焼成工程（ステップＳ３１２）は、図３（ａ）に示すように、坩堝５０の内部において、処理前宝石１０とカルシウム材粉末２０とが接触して配置された状態で、箱型炉により焼成する工程である。焼成をするときの温度（以下、融点などの温度は全て摂氏換算であるものとする）は、処理前宝石１０の融点より低く、かつ融点の３０％以上（すなわち、融点が２０００℃であれば、６００℃（＝２０００℃×０．３）以上）であることが望ましく、温度の下限が融点の５０％以上であるとさらに望ましい。焼成時間は、処理前宝石１０の種類に応じて適宜調整すればよい。また、焼成雰囲気についても、処理前宝石１０の種類に応じて適宜決定すればよい。焼成雰囲気としては、例えば、窒素、アルゴン、空気などであればよく、また減圧（真空を含む）状態または加圧状態としてもよい。このように焼成されることにより、処理前宝石１０は、カルシウム材粉末２０が接触している部分、すなわち表面から一定範囲にわたって内部にカルシウムが侵入し、カルシウムを含有した宝石１０Ａとなる。

取出工程（ステップＳ３１３）は、焼成工程（ステップＳ３１２）における処理後に、坩堝５０から宝石１０Ａを取り出す工程である。このようにして取り出された宝石１０Ａは、図３（ｂ）に示すように、カルシウムを含有する不純物領域１２０と、カルシウムを含有しない未侵入領域１１０とを有する。不純物領域１２０は、宝石１０Ａの表面全体にわたって分布し、未侵入領域１１０は、不純物領域１２０に囲まれた内部に位置している。

なお、カルシウムは、宝石１０Ａの表面側から侵入しているため、実際には図３（ｂ）に示すように、未侵入領域１１０と不純物領域１２０との境界が明確であるわけではない。すなわち、宝石１０Ａの表面に近づくほどカルシウムの濃度が徐々に高くなっているため、未侵入領域１１０と不純物領域１２０との境界は、カルシウムの濃度がある一定値以下となる領域を未侵入領域１１０として図示している。このように、未侵入領域１１０においてカルシウムを含有しないとは、カルシウムがある特定の濃度以下であることを示している。宝石１０Ａの大きさ、焼成工程（ステップＳ３１２）における焼成条件によっては、未侵入領域１１０の中央部においてカルシウムを全く含有しない領域を有する場合もある。このことは、以下の各図においても同じである。

なお、取出工程（ステップＳ３１３）においては、宝石１０Ａの表面を洗浄するようにしてもよい。洗浄するときには、カルシウム材粉末２０を溶解しつつ、宝石１０Ａを溶解しにくい洗浄液が用いられることが望ましい。

このようにして得られた宝石１０Ａにおける不純物領域１２０のカルシウムの濃度は、表面からの非破壊の分析により検出可能な濃度となることが望ましい。非破壊の分析とは、例えば、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）などである。この濃度については、焼成工程（ステップＳ３１２）における焼成条件により調整可能である。非破壊の分析により検出可能とすることにより、宝石１０Ａの形状を維持したまま、宝石１０Ａが骨に含まれるカルシウムを含有していることを示すことができる。

また、不純物領域１２０においては、カルシウムの含有により光学特性が変化する。そのため、不純物領域１２０におけるカルシウムの濃度、および不純物領域１２０の大きさ（表面からの深さ）を、焼成工程（ステップＳ３１２）における焼成条件により調整することにより、宝石１０Ａ全体としての色、透明度など、光学的な特徴を変化させることができる。なお、取出工程（ステップＳ３１３）において、宝石１０Ａを取り出した後、表面を不純物領域１２０が無くならない程度に研磨してもよい。このとき、非破壊の検査によりカルシウムが検出可能な濃度に維持されていることが望ましい。この場合、焼成前に予め研磨が行われていなくてもよい。このようにカルシウムを侵入させた後に研磨すると、不純物領域１２０の表面からの深さを浅くすることができるから、これによっても光学的な特徴を変化させることができる。 以上が、侵入処理（ステップＳ３００）についての説明である。

図１に戻って説明を続ける。取付工程（ステップＳ４００）は、宝石１０Ａを台座などの支持部材に取り付けて装飾品とする工程である。装飾品とした場合の宝石１０Ａの取り付け例を図４を用いて説明する。

図４は、本発明の第１実施形態における宝石１０Ａを用いた装飾品１００Ａを説明する図である。図４に示すように、装飾品１００Ａは、指輪であり、宝石１０Ａと、宝石１０Ａを支持する台座となる支持部材６０Ａと、支持部材６０Ａが取り付けられたリング部７０Ａを有する。このようにして、宝石１０Ａは、他の部材から支持されることにより、他の部材と共に装飾品１００Ａを構成することができる。なお、この例においては装飾品１００Ａとして指輪を例として示したが、イヤリング、ネックレス、ブレスレット、時計、眼鏡など装身具の他、宝飾品、さらには置き時計、宝石箱、置物、家具などの身につけないものなど、どのような装飾品にも適用可能である。

＜実施例＞
上記の実施例として、焼成工程（ステップＳ３１２）における焼成条件を変えた場合の蛍光Ｘ線分析の結果について説明する。ここでは、処理前宝石１０として、ブルーサファイアを用いている。また、カルシウム材粉末２０としては、酸化カルシウムを用いている。酸化カルシウムに接触させたブルーサファイアをアルミナ製の容器の上に置き、箱型電気炉に入れて焼成した。焼成条件は、大気圧、空気雰囲気であり、焼成温度は、１１００℃、１１５０℃、１２００℃、１４００℃である。焼成時間は、１１００℃、１１５０℃のものは２時間（２Ｈｒ）、１２００℃、１４００℃のものは６時間（６Ｈｒ）となっている。なお、焼成温度は、装置の設定温度であり、ブルーサファイアそのものの温度は、炉内の温度検出位置などにより若干異なる場合がある。また、焼成温度により焼成時間が異なっているが、同一の時間であっても分析結果に与える影響はほとんどない。

図５は、本発明の第１実施形態における宝石の焼成条件別の蛍光Ｘ分析結果を示す図である。図５（ａ）は、焼成前の処理前宝石１０における蛍光Ｘ線分析結果である。一方、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、焼成温度が１１００℃、１１５０℃、１２００℃、１４００℃における蛍光Ｘ線分析結果である。
この蛍光Ｘ線分析は、蛍光Ｘ線分析装置（SIIナノテクノロジー社製EDX5200A）を用い、焼成前の処理前宝石１０、または焼成後に得られる宝石１０Ａの表面部分に励起用のＸ線を照射して、エネルギー分散型の分析を行った。図５に示すように、焼成前、１１００℃においては、３．５〜４ｅＶ付近に発生するカルシウムを示すピーク（ＣａＫα、ＣａＫβ）が発生していないが、１１５０℃以上とすることによりピークが発生している。この結果から、処理前宝石１０の表面部分に蛍光Ｘ線分析により検出可能な濃度のカルシウムが侵入したことがわかる。

ブルーサファイアの融点は約２０００℃であることから、カルシウムが検出された焼成温度１１５０℃は、融点の５７．５％であり、検出されていない焼成温度１１００℃は融点の５５％である。上述したように、焼成温度は、融点の３０％以上、望ましくは５０％以上としているが、この内容と矛盾するものではない。すなわち、この分析結果は、蛍光Ｘ線分析により検出可能な濃度として得られたものであるから、低い焼成温度であっても蛍光Ｘ線分析によっては検出できない程度の低い濃度ではカルシウムが処理前宝石１０に侵入している。また、上記焼成時の圧力は大気圧であるが、圧力を変化させれば、例えば、高圧条件下によっては焼成温度がより低くても蛍光Ｘ線分析により検出可能な濃度になることもある。また、焼成時の雰囲気、カルシウム材粉末２０に含まれる成分、処理前宝石１０に含まれる成分などによっても、最適となる焼成温度は変化する。

＜第２実施形態＞
第２実施形態においては、第１実施形態とは侵入処理（ステップＳ３００）の内容が異なっている。そのため、侵入処理の内容について、図６、図７を用いて説明する。

図６は、本発明の第２実施形態における侵入処理における各工程を説明する図である。図７は、本発明の第２実施形態におけるイオン注入法により処理前宝石の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。図７は、各構成の断面を模式的に示している。第２実施形態における侵入工程（ステップＳ３００）は、配置工程（ステップＳ３２１）、イオン化工程（ステップＳ３２２）、イオン注入工程（ステップＳ３２３）、および取出工程（ステップＳ３２４）を有する。

配置工程（ステップＳ３２１）は、図７（ａ）に示すように、予めカット、研磨などが行われた処理前宝石１０をイオン注入装置のステージ４０に配置する工程である。
イオン化工程（ステップＳ３２２）は、イオン注入装置において、生成工程（ステップＳ２００）において生成されたカルシウム材を用いて、カルシウムイオンを発生させる工程である。イオン注入工程（ステップＳ３２３）は、発生させたカルシウムイオンを電気的に加速し、処理前宝石１０に注入する工程である。

取出工程（ステップＳ３２４）は、カルシウムイオンが注入されることにより得られる宝石１０Ｂを取り出す工程である。このようにして取り出された宝石１０Ｂは、図７（ｂ）に示すように、表面部分のうちカルシウムイオンが注入される面（ステージ４０に対向していない面）側のカルシウムを含有する不純物領域１２０と、カルシウムを含有しない未侵入領域１１０とを有する。

取出工程（ステップＳ３２４）においては、宝石１０Ｂの表面を洗浄するようにしてもよい。また、宝石１０Ｂを融点より低い温度で焼成することにより、イオン注入のダメージによりアモルファス化した領域を再結晶化するようにしてもよい。

第１実施形態における場合と同様に、不純物領域１２０においては、カルシウムの含有、アモルファス化の程度などにより光学特性が変化する。そのため、不純物領域１２０におけるカルシウムの濃度、および不純物領域１２０の大きさ（表面からの深さ）を、イオン注入工程（ステップＳ３２３）における注入条件（カルシウムイオンの加速電圧、ドーズ量、ステージ４０の温度など）により調整することにより、宝石１０Ｂ全体としての色、透明度など、光学的な特徴を変化させることができる。加速電圧によっては、宝石１０Ｂの最表面においてカルシウムが最大濃度とならない場合もあるが、最大濃度となる部分より内部側においては、濃度が少なくなる。このように、不純物領域１２０には、表面に近づくほど濃度が高くなる領域が少なくとも一部に存在することになる。

＜第３実施形態＞
第１、第２実施形態においては、カルシウムを含有しない処理前宝石１０に対して、カルシウムを侵入させて、カルシウムを含有する宝石１０Ａ、１０Ｂを構成していた。第３実施形態では、宝石を生成するための原料の結晶化において、不純物となるカルシウムを原料と混合してから溶融して結晶化することにより、カルシウムを含有する宝石を製造する方法を説明する。

図８は、本発明の第３実施形態におけるカルシウムを含有する宝石の製造方法および装飾品の製造方法を説明する図である。図３に示すように、第３実施形態における宝石の製造方法は、骨焼成工程（ステップＳ１００）、生成工程（ステップＳ２００）、および結晶化処理（ステップＳ５００）を有する。さらに加工工程（ステップＳ６００）および取付工程（ステップＳ４００）の処理を行うことにより装飾品の製造方法となる。第３実施形態における骨焼成工程（ステップＳ１００）、生成工程（ステップＳ２００）および取付工程（ステップＳ４００）は、第１、第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。

結晶化処理（ステップＳ４００）は、宝石の組成（以下、母物質という）に対応した原料と、生成工程（ステップＳ２００）において生成されたカルシウム材とを混合、溶融して結晶化する工程である。この例においては、母物質として酸化アルミニウムを用い、浮遊帯域法（Floating Zone法）を用いた結晶化を行うものとする。結晶化処理（ステップＳ４００）について、図９を用いて説明する。

図９は、本発明の第３実施形態における結晶化処理における各工程を説明する図である。結晶化処理は、混合工程（ステップＳ５１１）、原料焼成工程（ステップＳ５１２）、および結晶化工程（ステップＳ５１３）を有する。
混合工程（ステップＳ５１１）は、生成工程（ステップＳ２００）において生成されたカルシウム材と酸化アルミニウムとを乳鉢などを用いて混合する工程である。この例においては、カルシウム材と酸化アルミニウムの混合比は、モル比で０．８：９９．２である。このモル比は一例であって、様々に変更することができるが、カルシウム材のモル比の上限は、コランダムとして結晶化することが可能な範囲とすることを要する。また、カルシウム材のモル比の下限については、結晶化後、もしくは、後述する加工工程（ステップＳ６００）において加工された後に非破壊の分析で不純物としてコランダムに含まれるカルシウムの検出が可能な濃度になるように決められていることが望ましい。

原料焼成工程（ステップＳ５１２）は、混合工程（ステップＳ５１１）において得られた混合物質に圧力をかけて棒状に成形し、横型管状炉などにより焼成する工程である。この焼成条件としては、母物質の融点より低く、かつ融点の３０％以上であることが望ましく、温度の下限が融点の５０％以上であるとさらに望ましい。焼成時間は、母物質の種類に応じて適宜調整すればよい。また、焼成雰囲気についても、母物質の種類に応じて適宜決定すればよい。以下、棒状に成形され焼成されたものを原料棒という。

結晶化工程（ステップＳ５１３）は、原料焼成工程（ステップＳ５１２）において得られた原料棒を溶融し、徐冷して結晶化させる工程である。この結晶化工程（ステップＳ５１３）においては、上述したようにハロゲンランプからの放射される赤外線を集光して加熱する浮遊帯域法を実現させる装置を用いて、原料棒の結晶化が行われる。この例においては、原料棒が結晶化されると、不純物としてカルシウムを含有した宝石（コランダム）が得られる。このコランダムは、光透過性のある山吹色の結晶であり、宝石の一例である。
なお、混合工程（ステップＳ５１１）において、さらに、遷移金属または遷移金属化合物など遷移金属元素を含む材料を、モル比で０．０１％から５％の範囲となるように混合する（相対的に酸化アルミニウムのモル比を減少させる）ことにより、様々な色に調整することができる。例えば、遷移金属としてクロムを用いれば赤色（ルビー）とすることができ、遷移金属として鉄またはチタンを用いれば青色（サファイア）とすることができる。

図８に戻って説明を続ける。加工工程（ステップＳ６００）は、結晶化工程（ステップＳ５１３）において得られた宝石（コランダム）をカット、研磨して、美感を与える形状に加工する工程である。このように加工されたコランダムは、上述した取付工程（ステップＳ４００）により支持部材に支持されて装飾品となる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態およびその実施例について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
[変形例１]
上述した第１実施形態においては、宝石１０Ａの表面全体にカルシウムを含有する不純物領域１２０が存在する構成であったが、表面の一部に不純物領域１２０が存在し、残りの部分はカルシウムを含有しない（または、不純物領域１２０よりカルシウムの濃度が低い）構成であってもよい。この場合には、接触工程（ステップＳ３１１）において、処理前宝石１０の表面の一部にカルシウムを含有しない物質（以下マスク部材という）を接触させて覆い、その周りからカルシウム材粉末２０と接触させればよい。この構成について図１０を用いて説明する。

図１０は、本発明の変形例１における接触法により処理前宝石１０の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。接触工程（ステップＳ３１１）において、図１０（ａ）に示すように、処理前宝石１０の表面の一部にマスク部材３０を接触させ、その周りからカルシウム材粉末２０を接触させる。マスク部材３０としては、カルシウムを含有せず、焼成工程（ステップＳ３１２）において溶解しないものであればよい。取出工程（ステップＳ３１３）において取り出された宝石１０Ｃは、図１０（ｂ）に示すように、表面の一部に不純物領域１２０が存在し、その他の部分に未侵入領域１１０が存在する構成になる。
この例においては、取出工程（ステップＳ３１３）は、さらにマスク部材３０を除去する工程を含んでいてもよい。図１０（ｂ）では、マスク部材３０を除去した場合を示し、マスク部材３０が存在した部分を破線で示している。このようにマスク部材３０を除去する場合には、薬液などにより溶解させればよい。このとき、マスク部材３０を溶解しやすく、宝石１０Ｃを溶解しにくい薬液を用いることが望ましい。すなわち、マスク部材３０は、ある薬液に対して宝石１０Ｃよりも溶解しやすい部材であることが望ましい。

このように、マスク部材３０を用いて宝石１０Ｃの表面に不純物領域１２０と未侵入領域１１０とが存在することになる。したがって、未侵入領域１１０の光学特性と不純物領域１２０の光学特性とが異なる場合には、視覚的にこれらの領域を区別することができるから、マスク部材３０の形状により、宝石１０Ｃの表面に絵柄を形成することもできる。この場合、各領域による視覚的な違いにより、宝石１０Ｃが骨に含まれるカルシウムを含有していることを示すことができる。
上述したマスク部材３０を用いた方法は、第１実施形態における接触法に限らず、第２実施形態におけるイオン注入法においても用いることができる。

図１１は、本発明の変形例１におけるイオン注入法により処理前宝石１０の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。図１１（ａ）に示すように、マスク部材３０は、処理前宝石１０のカルシウムイオンが注入される側に設けられている。このようにイオン注入法による侵入処理が行われると、図１１（ｂ）に示すように、宝石１０Ｄは、イオンが注入される面のうちの一部に不純物領域１２０が存在し、その他の部分に未侵入領域１１０が存在する構成になる。

[変形例２]
上述した第１実施形態においては、宝石１０Ａの表面全体にカルシウムを含有する不純物領域１２０が存在する構成であったが、表面の一部に不純物領域１２０が存在し、残りの部分はカルシウムを含有しない構成であってもよい。この構成は、上述の変形例１におけるマスク部材３０を用いる方法においても実現可能であるが、変形例２においては、マスク部材３０を用いない別の方法により実現する。この方法について、図１２を用いて説明する。

図１２は、本発明の変形例２における接触法により処理前宝石１０の表面の一部にカルシウムを侵入させる場合を説明する図である。接触工程（ステップＳ３１１）において、図１２（ａ）に示すように、処理前宝石１０の一部をカルシウム材粉末２０に埋め込むようにして、処理前宝石１０の表面の一部をカルシウム材粉末２０に接触させる。取出工程（ステップＳ３１３）において取り出された宝石１０Ｅは、図１２（ｂ）に示すように、表面の一部に不純物領域１２０が存在し、その他の部分に未侵入領域１１０が存在する構成になる。なお、接触工程（ステップＳ３１１）において、処理前宝石１０の一部に絵柄を形成するようにカルシウム材粉末２０を載せて接触させ、宝石１０Ｅの表面に絵柄が形成されるようにしてもよい。

[変形例３]
上述した第２実施形態において、宝石１０Ｂの未侵入領域１１０側にさらにイオン注入法でカルシウムを侵入させて、図３に示す宝石１０Ａのように、表面全体に不純物領域１２０が存在するようにしてもよい。

[変形例４]
上述した第１、第２実施形態においては、処理前宝石１０に侵入させるカルシウムは、骨に含まれていた骨由来のカルシウムであったが、骨に含まれているものでないカルシウム（骨由来以外のカルシウム）であってもよい。すなわち、動物、植物などの生体、また生体に限らずその他様々なものに含まれるカルシウムであれば、どのようなものであってもよい。このようして、本発明は、思い出のものを宝石に含有させて身近に置いておきたいという要求を満たすこともできる。なお、第３実施形態において宝石に含有されるカルシウムについても同様に適用できる。

[変形例５]
上述した第１、第２実施形態における未侵入領域１１０、第３実施形態において得られる宝石は、光透過性を有することが望ましい。ここでの光透過性とは、可視光に含まれる波長の少なくとも一部の波長の光に対して透過性を有していることをいう。なお、不純物領域１２０についても光透過性を有することが望ましい。

[変形例６]
上述した第１、第２実施形態において、生成工程（ステップＳ２００）は、焼成された骨に化学的処理が施され酸化カルシウムが生成されていたが、他の化学的処理を用いてもよい。例えば、以下の方法である。
まず、焼成された骨を粉砕して得られる主成分がリン酸カルシウムの粉末を、１０％クエン酸溶液に溶解させる。この溶液に炭酸アンモニウムを加えると沈殿が生じ、濾過すると炭化カルシウムなどが得られる。このとき、反応熱などにより炭酸アンモニウムからアンモニアが抜けないように、保冷しておくことが望ましい。
この炭化カルシウムを１３００℃で焼成すると、酸化カルシウムを主成分としたカルシウム材が生成される。このように他の化学的処理を用いてカルシウム剤が生成されるようにしてもよい。

また、生成工程においては、化学的処理を用いずに他の処理によりカルシウム材を生成してもよい。例えば、電気的処理により、カルシウム材を生成してもよい。例えば、焼成された骨を粉砕して得られる主成分がリン酸カルシウムである粉末を溶融させ、白金箔などを用いた正負の電極が溶融塩中に挿入された状態とする。そして、電極間に直流電流を流して電気分解をすることにより、カルシウム、酸化カルシウムが電極上に析出される。電気分解における処理条件は、ファラデーの第二法則にしたがって決定されればよい。

また、生成されるカルシウム材はカルシウム、酸化カルシウムに限らず、炭酸カルシウムであってもよい。

[変形例７]
上述した第１、第２、第３実施形態において、カルシウム材は、生成工程（ステップＳ２００）において生成されたカルシウムまたは酸化カルシウムであったが、カルシウム化合物であれば、他の物質であってもよい。例えば、リン酸カルシウムをカルシウム材として用いてもよい。また、カルシウム材としては、骨焼成工程（ステップＳ１００）において焼成された骨を粉砕したものであってもよいし、焼成される前の骨を粉砕したものであってもよい。
また、第１、第２実施形態における接触工程（ステップＳ３１１）においては、カルシウム材を粉末として処理前宝石１０と接触させていたが、接触させるときには、粉末状でなくてもよく、例えば、塊状であってもよいし、溶剤に溶けた状態の液状であってもよいし、気体状として焼成工程（ステップＳ３１２）における焼成雰囲気として炉内に導入してもよい。

[変形例８]
上述した第１、第２実施形態における処理前宝石１０は、カルシウムを含有しない物質であったが、カルシウムを含有していても、蛍光Ｘ線分析などの非破壊の分析で検出されない濃度であればよい。また、このような分析により検出されるものであっても、処理前宝石１０と宝石１０Ａ、１０Ｂとでカルシウム濃度が増加していることを測定すれば、骨に含まれるカルシウムが含まれる状態になったことを確認することができる。

[変形例９]
上述した第１、第２実施形態における処理前宝石１０は、結晶質の無機物により構成される天然宝石または人工宝石であったが、ガラス（クリスタルガラスを含む）、オパールなどの非晶質の無機物により構成される宝石であってもよい。このように、本発明における装飾材料とは、結晶質または非晶質の無機物で構成される宝石を示す。なお、非晶質の無機物で構成される宝石を用いた場合、第１実施形態における焼成工程（ステップＳ３１２）において、焼成温度は、その宝石の軟化点（摂氏換算）の７０％以上であることが望ましい。また、上限温度としては、その宝石の軟化点（摂氏換算）を超える温度であってもよく、宝石の形状が維持できる程度の温度とすることが望ましい。
また、装飾材料は宝石などに限らず、装飾品に用いられる結晶質または非晶質の金属化合物を含む。また、所定の光学特性を有する光学材料（酸化マグネシウム、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム、臭化ナトリウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化ホウ素、硫化亜鉛、セレン化亜鉛など）に本発明を適用してもよい。この場合、光学材料にカルシウムを侵入させる程度により、光学特性を変化させればよい。

[変形例１０]
上述した第３実施形態においては、酸化アルミニウムを母物質としたコランダムを宝石の例としていたが、他のものであってもよい。例えば、母物質をスピネル型結晶構造ＡＢ_２Ｏ_４（例えば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４など）としてもよいし、ガーネット型結晶構造（例えば、Ｆｅ_３Ａｌ_２（ＳｉＯ_４）_３、Ｙ_３（ＣｒＡｌ_５）Ｏ_１２など）としてもよいし、トパーズといわれるケイ酸塩鉱物としてもよい。このような場合には、カルシウム材と母物質との混合比は、例えば、モル比で１：９９とすればよい。

[変形例１１]
上述した第３実施形態においては、原料棒の一部にのみカルシウム材が分布するようにしてもよい。また、原料棒は、棒状に加工された母物質の周囲にカルシウム材を接触させて焼成したものとしてもよい。

[変形例１２]
上述した第３実施形態においては、浮遊帯域法を用いて宝石を製造したが、その他の方法を用いてもよい。例えば、フラックス添加型浮遊帯域法（Traveling Solvent Floating Zone法）を用いることが望ましい。或いは、通常、鉛直方向に結晶が育成できる方法であり坩堝を用いる方法、例えば、坩堝降下法（Bridgman法）、垂直型帯溶融法、単純引き上げ法（Nacken法）、下方引き出し法、回転引き上げ法（Czochralski法）などを用いてもよい。さらには、坩堝を使わない方法、例えば、ベルヌーイ法（Verneuil法）、スカルメルト法（Skull Melt法）、ぺデスタル（Pedestal法）、浸設アーク法などを用いてもよい。

１０…処理前宝石、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…宝石、２０…カルシウム材粉末、３０…マスク部材、４０…ステージ、５０…坩堝、６０Ａ…支持部材、７０Ａ…リング部、１００Ａ…装飾品、１１０…未侵入領域、１２０…不純物領域

Claims (10)

1. 不純物としてカルシウムを含有する装飾材料であって、
   前記装飾材料の表面の少なくとも一部において、前記カルシウムの濃度が高い不純物領域と、
   前記装飾材料の内部において、前記カルシウムの濃度が低い未侵入領域と
   を有することを特徴とする装飾材料。
2. 前記カルシウムは、前記表面全体にわたって分布している
   ことを特徴とする請求項１に記載の装飾材料。
3. 前記領域は、可視光に含まれる波長の少なくとも一部の波長の光に対して透過性を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装飾材料。
4. 前記カルシウムは、前記表面からの非破壊での分析により検出可能な濃度で前記領域に含まれている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の装飾材料。
5. 前記分析は、蛍光Ｘ線分析である
   ことを特徴とする請求項４に記載の装飾材料。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の装飾材料と、
   前記装飾材料を支持する支持部材と
   を有することを特徴とする装飾品。
7. 不純物としてカルシウムを含有する装飾材料の製造方法であって、
   カルシウムを含有するカルシウム材と結晶質の装飾材料とを接触させる接触工程と、
   前記カルシウム材と接触した状態の前記結晶質の装飾材料を、当該結晶質の装飾材料の融点（摂氏換算）より低く当該融点（摂氏換算）の３０％以上の温度で焼成することにより、当該結晶質の装飾材料に前記カルシウムを含有させる焼成工程と
   を有することを特徴とするカルシウムを含有する装飾材料の製造方法。
8. 不純物としてカルシウムを含有する装飾材料の製造方法であって、
   カルシウムを含有するカルシウム材と非晶質の装飾材料とを接触させる接触工程と、
   前記カルシウム材と接触した状態の前記非晶質の装飾材料を、当該非晶質の装飾材料の軟化点（摂氏換算）の７０％より高く当該非晶質の装飾材料の形状を維持できる温度で焼成することにより、当該非晶質の装飾材料に前記カルシウムを含有させる焼成工程と
   を有することを特徴とするカルシウムを含有する装飾材料の製造方法。
9. 不純物としてカルシウムを含有する装飾材料の製造方法であって、
   カルシウムを含有するカルシウム材からカルシウムをイオン化させるイオン化工程と、
   前記イオン化したカルシウムを装飾材料に注入することにより、当該装飾材料に前記カルシウムを含有させるイオン注入工程と
   を有することを特徴とするカルシウムを含有する装飾材料の製造方法。
10. 動物の骨に含まれるリン酸カルシウムからリンを分離してカルシウムまたはカルシウム化合物を生成する生成工程をさらに有し、
    前記カルシウム材は、前記生成されたカルシウムまたはカルシウム化合物を含む
    ことを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載のカルシウムを含有する装飾材料の製造方法。

Images