JPH08295568A - 窒化珪素質着色セラミックスおよびそれを用いた釣り糸用ガイド部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】周期律表第３ａ族元素酸化物として酸化イッテ
ルビウム（Ｙｂ₂ Ｏ₃ ）または酸化エルビウム（Ｅｒ₂
Ｏ₃ ）を２〜７モル％と、酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）を全周
期律表第３ａ族元素酸化物に対するモル比が１．７〜４
となる量で含むとともに、β−窒化珪素粒子間の粒界相
がガラス質からなり、且つ黄色あるいは桃色の有彩色を
呈することを特徴とする窒化珪素質着色セラミックスに
関し、さらにこのセラミックスを用いた釣り糸用ガイド
部材を提供する。 【効果】優れた強度、靱性、高硬度および高い耐酸化性
を有し且つ有彩色を呈するために、釣り糸用ガイド部材
として使用した場合に、優れた耐摩耗性と耐久性を向上
させることができるとともに、ガイド部材の視認性を高
められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有彩色を呈する窒化珪
素質着色セラミックスと、このセラミックスを用いて釣
り竿に取り付けて釣り糸を案内するための釣り糸用ガイ
ド部材に関する。

【０００２】

【従来技術】一般に、リールを用いた釣り竿では、釣り
竿にリング状のガイド部材を複数個備え、このガイド部
材によって釣り糸を案内するようになっている。そし
て、従来このガイド部材は樹脂製のものが使われていた
が、魚を釣り上げるときには、釣り糸に強い力が加わり
ながら上記ガイド部材と摺動するため、樹脂製のものに
代わり耐摩耗性に優れたセラミックス製のガイド部材が
提案されている。例えば特開平５−１５３８８７号では
耐摩耗性に優れた窒化珪素などの非酸化物セラミックス
を用いたガイド部材が提案されている。

【０００３】また、近年では夜間等での釣り竿の動きを
把握する、いわゆる視認性等に加え、ファッション性も
進み、例えば釣り竿を着色、あるいはコーティングした
もの等が好まれるようになり、同様に釣り糸用ガイドに
おいても、例えば金色や有彩色に着色されたガイドが要
求されている。

【０００４】そこで、着色されたセラミックスは、従来
より、装飾性と耐摩耗性を兼ね備えた材料として時計用
のバンドや時計ケース等に多用されている。この着色セ
ラミックスとしては、単独では白色のアルミナに対し
て、Ｃｏ、Ｃｒ等の遷移金属化合物の着色剤を添加焼結
した着色アルミナ質セラミックスが用いられている。

【０００５】また、金色あるいは銀色を呈するものとし
て、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｎ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、ほう化チタン（Ｔｉ
Ｂ₂ ）等を主体とするセラミックスや、これらと金属と
の複合体からなるサーメット等も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
より多用されている着色アルミナ質セラミックスでは強
度、靭性が低く、釣り糸用ガイドとしての使用に耐えら
れないという問題があった。また、アルミナ以外の前述
のＴｉＮやＴｉＣを主体とするセラミックスやサーメッ
トは、それ自体は高硬度であるため耐摩耗性に優れ、傷
が付きにくい特徴をもつものの、耐酸化性が極めて悪
く、釣り糸用ガイドに適用した場合、酸化摩耗が激しく
起こり釣り糸が切れやすい、あるいはガイドの寿命が短
いという欠点があった。

【０００７】上記のセラミックスやサーメットに比較し
て、前記特開平５−１５３８８７号に記載の窒化珪素な
どの非酸化物系セラミックスは、強度、靭性が高く、し
かも耐酸化性にも優れているものの、その色はグレー系
あるいは黒色系で、有彩色に着色された窒化珪素質セラ
ミックスはこれまで存在しなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記に鑑
みて、耐酸化性、機械的特性に優れた窒化珪素を主体と
したセラミックスにおいて、耐酸化性を劣化させること
なく、均一に着色するための手法を種々検討した結果、
焼結助剤として酸化イッテルビウム（Ｙｂ₂ Ｏ₃ ）また
は酸化エルビウム（Ｅｒ₂ Ｏ₃ ）と二酸化珪素（ＳｉＯ
₂ ）を用いて、粒界相をガラス化することで焼結体が均
一な黄色あるいは桃色の有彩色を呈することを突き止
め、特に、釣り糸用ガイド部材として有用な着色セラミ
ックスが得られることを知見し本発明に至った。

【０００９】即ち、本発明は、周期律表第３ａ族元素酸
化物として酸化イッテルビウム（Ｙｂ₂ Ｏ₃ ）または酸
化エルビウム（Ｅｒ₂ Ｏ₃ ）を２〜７モル％と、酸化珪
素（ＳｉＯ₂ ）を前記周期律表第３ａ族元素酸化物に対
するモル比が１．７〜４となる量で含むとともに、β−
窒化珪素粒子間の粒界相がガラス質からなり、且つ有彩
色を呈することを特徴とする窒化珪素質着色セラミック
スを提供するものであり、さらには、かかる着色セラミ
ックスにより形成した釣り糸用ガイド部材を提供するも
のである。

【００１０】以下、本発明を詳述する。本発明における
窒化珪素質着色セラミックスは、窒化珪素を主成分と
し、焼結助剤成分として、酸化イッテルビウム（以下、
Ｙｂ₂ Ｏ₃ と称する場合もある。）または酸化エルビウ
ム（以下、Ｅｒ₂ Ｏ₃ と称する場合もある。）の周期律
表第３ａ族元素酸化物（総称してＲＥ₂ Ｏ₃ と称する場
合もある。）と、酸化珪素（以下、ＳｉＯ₂ と称する場
合もある。）を含む。Ｙｂ₂ Ｏ₃ 又はＥｒ₂ Ｏ₃ の周期
律表第３ａ族元素酸化物は２〜７モル％、望ましくは３
〜５モル％の割合で含有し、ＳｉＯ₂ は全周期律表第３
ａ族元素酸化物に対して、ＳｉＯ₂ ／ＲＥ₂Ｏ₃ モル比
が１．７〜４、望ましくは２．０〜３．０となる量で含
まれる。

【００１１】なお、Ｅｒ₂ Ｏ₃ 、Ｙｂ₂ Ｏ₃ の各含有量
は、焼結体中に含まれるＥｒ、Ｙｂ元素量を酸化物換算
した量である。またＳｉＯ₂ 量は、焼結体中に含まれる
全酸素量から焼結助剤として添加した酸化物中の酸素分
を除いた残りの酸素量をＳｉＯ₂ 換算した量である。

【００１２】ここで、各焼結助剤を上記の範囲に限定し
たのは、Ｙｂ₂ Ｏ₃ 又はＥｒ₂ Ｏ₃の周期律表第３ａ族
元素酸化物が２モル％より少ないと、着色性が薄くなる
とともに破壊靱性が低下あるいは焼結性が悪くなり、耐
摩耗性が得られないためであり、７モル％より多いと耐
酸化性が劣化し耐摩耗性が劣化するためである。

【００１３】また、前記ＳｉＯ₂ ／ＲＥ₂ Ｏ₃ モル比が
１．７より小さいと耐酸化性が悪くなり、耐摩耗性が劣
化するためであり、４より大きいと強度、破壊靱性が低
下し耐摩耗性が得られないためである。なお、このモル
比が２．０〜３．０では耐酸化性の点で優れている。

【００１４】また、着色性の点では、助剤としてＥｒ₂
Ｏ₃ を含む場合には桃色系、Ｙｂ₂Ｏ₃ を含む場合には
黄色系を呈する。なお、Ｙ₂ Ｏ₃ やＬｕ₂ Ｏ₃ 単独添加
系では白色系を呈するため、Ｅｒ₂ Ｏ₃ やＹｂ₂ Ｏ₃ と
Ｙ₂ Ｏ₃ を組み合わせるとそれぞれ桃白色、黄白色を呈
した焼結体を得ることができる。その場合には、Ｅｒ₂
Ｏ₃ やＹｂ₂ Ｏ₃ の量は前述した量で添加され、全周期
律表第３ａ族元素酸化物（ＲＥ₂ Ｏ₃ ）量とＳｉＯ₂ と
のＳｉＯ₂ ／ＲＥ₂ Ｏ₃ 比が１．７〜４の範囲になるよ
うに調整することが必要である。

【００１５】さらに、Ｅｒ₂ Ｏ₃ やＹｂ₂ Ｏ₃ に対して
Ａｌ₂ Ｏ₃ を添加すると暗色系になり、彩色が低下す
る。そのため、Ａｌ₂ Ｏ₃ 量は２重量％以下であること
が望ましい。

【００１６】さらに、本発明の着色セラミックスは、組
織的には、α型またはβ型の窒化珪素結晶相からなるも
ので、この結晶粒子は柱状の結晶からなり、その平均粒
径（短径）が０．１〜５μｍ、平均アスペクト比が２以
上の結晶粒子からなることが望ましい。これは、破壊靱
性値を高め、欠けを抑える為である。

【００１７】また、この結晶粒子間には粒界相が存在
し、その粒界相中には周期律表第３ａ族元素、珪素、酸
素および窒素が含まれるが、本発明によれば、この粒界
相がガラス質からなることが重要である。本発明におけ
る焼結助剤等の添加による粒界相組成では、粒界結晶相
として周期律表第３ａ族元素（ＲＥ）を含むＲＥ₂ Ｓｉ
₂ Ｏ₇ （ダイシリケート）相、ＲＥ₂ ＳｉＯ₅ （モノシ
リケート）相、ＲＥ₅ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂Ｎ（アパタイト）相、
ＲＥＳｉＯ₂ Ｎ（ＹＡＭ）相が生成するが、これら結晶
質の析出は色むらの原因になり、均一な着色性が得られ
ない。

【００１８】また、本発明の窒化珪素質セラミックス
は、理論密度比９６％以上、特に９８％以上が望まし
い。これは９６％以下であると硬度、破壊靱性が低下
し、耐酸化性が良好であっても耐摩耗性が著しく劣化す
るためであり、また釣り糸用ガイド部材としてボイドが
存在すると摺動性が劣化するとともに鏡面加工面の品質
も低下する。

【００１９】また、焼結体中のＦｅ、Ｎｉ、Ｚｎなどの
陽イオン金属不純物量は、一般に市販される純度（９
９．９％以上）の窒化珪素粉末を用いれば特に問題はな
いが、できるだけ少ない方が好ましい。

【００２０】なお、本発明の着色セラミックスによれ
ば、主たる窒化珪素結晶相の一部を窒化珪素ウイスカ
ー、窒化珪素ファイバーにより構成してもよい。また、
窒化珪素結晶相の一部を焼結助剤と反応しない炭化珪素
（ＳｉＣ）で５０モル％以下の割合で置換して窒化珪素
−炭化珪素の複合化してもよい。

【００２１】次に、上記窒化珪素質着色セラミックスを
製造するには、出発原料として窒化珪素粉末にＹｂ₂ Ｏ
₃ 、あるいはＥｒ₂ Ｏ₃ 粉末と、適宜ＳｉＯ₂ 粉末を添
加する。窒化珪素粉末としては、酸素含有量が２重量％
以下、純度９９．９％以上で、α型、β型のいずれでも
使用可能である。また、Ｙｂ₂ Ｏ₃ およひＥｒ₂ Ｏ
_３は、焼結過程で酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、
酢酸塩などの形態で添加してもよい。

【００２２】これらの粉末を用いてその組成範囲が前述
したような割合になるように秤量混合する。この時、Ｓ
ｉＯ_２ 量は、添加されるＳｉＯ₂ 粉末に加え、窒化珪
素粉末中の不純物酸素もＳｉＯ₂ として存在するものと
して考慮する。

【００２３】そして、これらの混合粉末を、適宜成形用
バインダーを添加して、所望の成形手段、例えば、金型
プレス、冷間静水圧プレス、押出し成形等により任意の
形状に成形後、焼成する。

【００２４】焼成は、１６００〜２０００℃の窒素中の
非酸化性雰囲気中で０．５〜１０時間程度行うことによ
り緻密な焼結体を得ることができるが、本発明では、粒
界相をガラス化する必要がある。粒界相のガラス化は、
焼成後に１８００℃から１０００℃温度範囲を急冷すれ
ばよく、具体的には７℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却する
ことが望ましい。また、粒界がガラス化し易いようにＭ
ｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃ 等のガラス化剤を０．５重量
％以下の割合で添加して焼成して粒界のガラス化を図る
こともできる。

【００２５】焼成にあたっては、周知の焼成方法が採用
でき、例えば常圧焼成、ホットプレス焼成、窒素ガス加
圧焼成、熱間静水圧焼成などが挙げられ、これらを組み
合わせて実施してもよい。

【００２６】さらに、他の製造方法としては、出発原料
として金属珪素粉末を窒化珪素粉末や焼結助剤に添加
し、珪素の窒化工程を経て、成形体密度を高めた後、上
述のような焼成を行うこともできる。

【００２７】本発明の窒化珪素質着色セラミックスは、
その優れた強度、耐摩耗性、耐酸化性の点で釣り糸用ガ
イド部材に好適に使用される。このようなガイド部材と
しては、図１に示されるようにリング状の釣り糸用ガイ
ド部材１、または図２に示すようなスネル状の釣り糸用
ガイド部材あるいはこれらと類似の形状からなるものが
挙げられ、これらは例えば混合粉末を、例えば金型プレ
ス、射出成形、鋳込み成形、冷間静水圧プレス（ＣＩ
Ｐ）等によりブロック形状あるいはリング形状に成形
後、必要に応じて釣り糸ガイド形状に切削加工した後、
焼成、仕上げ加工する。

【００２８】また、釣り糸との摺動性を向上させ、また
着色の輝度を高めるには釣り糸用ガイド部材の表面を丁
寧に研磨することが効果的であり、本発明品における釣
り糸用ガイド部材のの表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．１５μｍ以下、特に０．１０μｍ以下とした
ものがよい。

【００２９】

【作用】本発明によれば、釣り糸用ガイド部材として窒
化珪素質セラミックスを使用するものであり、助剤成分
として従来より知られる周期律表第３ａ族元素酸化物の
中でも酸化イッテルビウム（Ｙｂ₂ Ｏ₃ ）または酸化エ
ルビウム（Ｅｒ₂ Ｏ₃ ）を選択し、これにより粒界相を
ガラス化することで、従来の黒色または灰色系から黄色
または桃色の有彩色に均一に着色することができる。

【００３０】しかも、セラミックス中のＹｂ₂ Ｏ₃ また
はＥｒ₂ Ｏ₃ （ＲＥ₂ Ｏ₃ ）量、ＳｉＯ₂ とＲＥ₂ Ｏ₃
のｍｏｌ比（ＳｉＯ₂ ／ＲＥ₂ Ｏ₃ ）を特定の範囲に制
御することにより耐摩耗性、高強度、耐酸化性を改善す
ることができる。

【００３１】そして、かかるセラミックスを釣り糸用ガ
イド部材に用いることにより、ガイド部材の視認性を高
め、しかも、従来の窒化珪素と比較し耐酸化性が高まる
ことで、釣り糸用ガイドとしての耐摩耗性を向上でき、
耐久性を高めることができる。なお、耐酸化性が釣り糸
との摩耗に大きく影響するのは、釣り糸との摩耗形態
が、窒化珪素の酸化に伴いＳｉＯ₂ が表面に析出し摩耗
する酸化摩耗の形態をとるため、耐酸化性を高めること
で耐摩耗性を向上できるとと推測される。

【００３２】

【実施例】イミド分解法にて製造された純度９９．９％
以上、α率９５％の高純度窒化珪素原料と、純度９９．
９％以上のＹ₂ Ｏ₃ 、Ｅｒ₂ Ｏ₃ 、Ｌｕ₂ Ｏ₃ 、Ｙｂ₂
Ｏ₃ とＳｉＯ₂ を用意し、表１、２に示す組成に従い秤
量した。秤量粉末を所定量ポリエチレン製５００ｍｌポ
ットに入れウレタンボールを用い、ＩＰＡ（イソプロピ
ルアルコール）を有機溶媒として７２時間回転ミルにて
混合、粉砕しスプレードライして造粒粉末を得た。成形
は金型プレスにて１ｔｏｎ／ｃｍ² の成形圧で５×６×
５０ｍｍの直方体に成形し、脱脂して焼成用試料とし
た。

【００３３】焼成は１７００〜１９５０℃で最高１０気
圧の窒素ガス中で焼成し、その後放冷（焼成温度〜１０
００℃の徐冷速度５〜１０℃／ｈｒ）して理論密度比98
％以上の緻密体を得た。

【００３４】得られた焼結体を３×４×５０mmの形状に
切り出し平面研削後、表面の色を目視にて評価し、Ｘ線
回折にて結晶相を同定した。機械的特性は、ＪＩＳＲ１
６０１に準じて４点曲げ強度を１０本測定し、その平均
強度を求め、ＪＩＳＲ１６０７に準じて硬度（Ｈｖ）、
ＩＦ法により破壊靱性値（Ｋ₁ Ｃ）を測定した。耐摩耗
性は試験片の一部Ｒ＝１５ｍｍの曲率加工を施し、曲率
部にナイロン糸を５００ｇ荷重で毎分６０ｍの速度で２
０００ｍ摺動させ、摩耗痕深さを表面粗さ測定機にて測
定した。

【００３５】また、比較例として、従来釣り糸ガイドと
して用いられているＳｉＣ品、金色サーメットであるＴ
ｉＮ−Ｎｉ品、銀色サーメットであるＴｉＣ−Ｎｉ品及
びステンレスにＴｉＮコーティングしたものおよびＡｌ
₂ Ｏ₃ とＹ₂ Ｏ₃ とを添加した窒化珪素質セラミックス
を比較した。結果を合わせて表１、２に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】表１および表２から明らかなように、Ｅｒ
₂ Ｏ₃ 、Ｙｂ₂ Ｏ₃ の量が２モル％より少ない試料Ｎo.
１、１９では強度が低く、摩耗性が大きく、７モル％よ
り多い試料Ｎo.１１、１７では、耐摩耗性が劣化した。
また、ＳｉＯ₂ ／ＲＥ₂ Ｏ₃比が１．７より小さい試料
Ｎo.２、６、１３では色ムラが見られるとともに，耐摩
耗性が悪く、４より大きい試料Ｎo.１０では低強度で耐
摩耗性が悪かった。また、粒界に結晶相が析出した試料
Ｎo.２、６、１３、１７では目視で見られる色ムラが発
生し、耐摩耗性も悪かった。

【００３９】これに対して、本発明の試料は、いずれも
ムラのない均一な有彩色を有するもので、強度７００Ｍ
Ｐａ以上、硬度１２．５ＧＰａ以上、破壊靱性５．５Ｍ
Ｐａ・ｍ^1/2 以上の優れた特性を有し、しかも摩耗深さ
も０．２μｍ以下の優れた耐久性を示した。また、色調
においてもＥｒ₂ Ｏ₃ 添加系では桃色系、Ｙｂ₂ Ｏ₃添
加系では黄色系の色を示した。なお、従来から用いられ
るＹ₂ Ｏ₃ あるいはＬｕ₂ Ｏ₃ のみを使用した試料Ｎo.
２５、２６ではいずれも白色系、Ａｌ₂ Ｏ₃ とＹ₂ Ｏ₃
を添加した試料Ｎo.２７では灰色系を有するものであっ
た。

【００４０】なお、従来の金色あるいは銀色サーメット
系では、耐摩耗性が不十分であり、ＳｉＣ質セラミック
ス系では着色できず、金属にＴｉＮコートしたものでは
摺動試験で膜剥離が生じた。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の窒化珪素質
着色セラミックスは、優れた強度、靱性、高硬度および
高い耐酸化性を有し且つ有彩色を呈するために、釣り糸
用ガイド部材として使用した場合に、優れた耐摩耗性と
耐久性を向上させることができるとともに、ガイド部材
の視認性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リング状の釣り糸用ガイド部材を示すもので、
（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図である。

【図２】スネル状の釣り糸用ガイド部材を示すもので、
（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図である。

【符号の説明】

１ 釣り糸ガイド部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周期律表第３ａ族元素酸化物として少なく
   とも酸化イッテルビウムまたは酸化エルビウムを２〜７
   モル％と、ＳｉＯ₂ を前記周期律表第３ａ族元素酸化物
   に対するモル比が１．７〜４となる量で含むとともに、
   β−窒化珪素粒子間の粒界相がガラス質からなり、且つ
   有彩色を呈することを特徴とする窒化珪素質着色セラミ
   ックス。
2. 【請求項２】周期律表第３ａ族元素酸化物として少なく
   とも酸化イッテルビウムまたは酸化エルビウムを２〜７
   モル％と、酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）を前記周期律表第３ａ
   族元素酸化物に対するモル比が１．７〜４となる量で含
   むとともに、β−窒化珪素粒子間の粒界相がガラス質か
   らなり、且つ有彩色を呈する窒化珪素質着色セラミック
   スからなることを特徴とする釣り糸用ガイド部材。