JPH1034622A

JPH1034622A - 鋳込成形型

Info

Publication number: JPH1034622A
Application number: JP22163996A
Authority: JP
Inventors: Akio Matsumoto; 彰夫松本; Nobuo Adachi; 信夫足立; Satoshi Horiuchi; 堀内　　智
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】離型容易な、また、着肉速度が大きい鋳込成
形型を提供すること。【解決手段】鋳込成形型表面や型材内部の多孔質面に
光半導体含有層を設けた鋳込成形型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機、有機、金属
等の各種粉体の鋳込成形型、特に、離型性と着肉性に優
れた鋳込成形型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無機、有機、金属等の各種粉体の成形に
は、様々な手法があるが、大型・複雑形状品の成形には
主として鋳込成形が用いられる。鋳込成形が多用される
産業上の利用分野としては、衛生陶器、食器、ファイン
セラミックスなどのセラミック製品の成形が挙げられ、
その他粉末冶金製品の成形や、水硬性無機材料、粉末プ
ラスチックの成形などにも一部用いられている。

【０００３】鋳込成形とは、原料粉体と水を混合して
流動性のあるスラリーを作り、そのスラリーを成形面
が多孔質層で形成された鋳込成形型に流し込み、スラ
リー中の水分の一部を多孔質層に吸水させて保形成のあ
る成形体を形成させ（着肉）、その成形体を型から外
す（離型）、という工程からなっている。

【０００４】ここで重要な要素は離型性であり、大気圧
下で行われる鋳込成形（以後常圧成形と称する）では、
工業的には、従来石膏が唯一の材料として用いられてき
た。石膏の最大の利点はその優れた離型性にあり、その
離型性は、石膏は耐水性に劣っているため、表面が少し
ずつ溶解することにより、言い換えれば、離型のたびに
石膏型の表面を成形体と共に引きはがすことにより発生
している。ところが、そのために石膏型は表面が摩耗し
やすく、その命数は１００回程度が限度であり、又、成
形品の表面品質も低いという欠点がある。

【０００５】又、近年になり、スラリーに直接高圧を付
与することにより着肉速度を高めた成形方法（以後、加
圧成形と称する）が脚光を浴びている。この加圧成形で
は、通常強度が弱い石膏型は使用することができず、多
孔質のプラスチックや金属やセラミック性の型が使用さ
れている。これらの型は、石膏の様な離型機構は期待で
きないため、通常、成形面と反対側から逆圧をかけて、
型の成形面と成形体表面の間に水やエアーを吹き出さ
せ、製品を離型させる。しかし、この方法は、均一に水
やエアーを吹き出させて成形体をスムーズに型表面から
外す必要があるため、逆圧をかける機構を考えると（例
えば、逆圧をかけるためのエアー配管から遠い部分は外
れにくい）、かなり困難である。

【０００６】又、常圧成形においては着肉の駆動力は、
成形面を形成する多孔体の毛管吸引力である。その吸引
力は加圧成形におけるスラリーの直接加圧と比べればか
なり小さいため、常圧成形の生産性は加圧成形と比較す
ると劣っている。

【０００７】

【発明の解決しようとする課題及びその手段】本発明
は、上記の問題に鑑み、なされたものであり、成形面に
光励起により親水化される半導体含有層を形成すること
によって離型性に優れた粉体の鋳込成形型を提供する。
さらに、その成形品を形成する多孔質層の気孔内部表面
にも光励起により親水化される半導体含有層を形成する
ことにより、着肉速度の大きな粉体の鋳込成形型を提供
する。さらに、成形面と成形面を形成する多孔質層の気
孔内部表面の双方に光励起により親水化される光半導体
含有層を形成することにより、離型性に優れ、着肉速度
の大きい粉体の鋳込成形型を提供する。

【０００８】光半導体は光励起されるとその表面が高度
に親水化される事実が発見された。光半導体性チタニア
を紫外線で光励起したところ、水との接触角が１０゜以
下、より詳しくは５゜以下、特に約０゜になる程度に表
面が高度に親水化されることが発見されたのである。本
発明はかかる新発見に基づくものであり、この手段によ
り、鋳込成形型の成形面を親水性にして、離型性を向上
させ、さらにその成形面を形成する多孔質層の気孔内部
表面を親水性にすることにより、その着肉速度を向上さ
せる。

【０００９】

【作用】本発明において、鋳込成形型の成形面は光触媒
半導体材料からなる耐摩耗性の光半導体性コーティング
によって被覆されている。光半導体のバンドギャップエ
ネルギより高いエネルギの波長を持った任意の光を充分
な照度で充分な時間照射すると、光半導体性コーティン
グの表面つまり成形面の表面は親水性を呈するに至る。
光半導体のバンドギャップエネルギより高いエネルギの
光を照射しなければ表面の親水化は起こらない。鋳込成
形装置においては、人工光源を設置し光半導体を光励起
することができる。後述するように、光半導体性コーテ
ィングがシリカ配合チタニアからなる場合には、蛍光灯
に含まれる微弱な紫外線でも容易に親水化することがで
きる。また、比較的微弱な光によっても親水性を維持
し、或いは、回復させることができる。例えば、チタニ
アの場合には、親水性の維持と回復は、蛍光灯のような
微弱な紫外線でも充分に行うことができる。また、光励
起により光半導体性コーティングの表面が一旦高度に親
水化されたならば、暗所に保持しても、表面の親水性は
ある程度の期間維持する。従って、流し込み前に成形面
を親水化しておけばその効果は離型時まで持続するた
め、離型後もう一度光励起して親水化させるサイクルを
繰り返せばよい。又、光半導体含有コーティングは非常
に薄くしても親水性を発現し、膜厚が数ｎｍのオーダー
でも親水化が起こる

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明における光半導体含有層の
コーティング方法について説明する。光半導体の粒子を
焼結することにより、光半導体コーティングを、鋳込成
形型の成形面を構成する多孔質層（以下基材と称する）
の表面に固定することができる。あるいは、無定形の光
半導体前駆体の薄膜を基材の表面に固定し、加熱して結
晶化させることにより、光活性のある光半導体に変換し
てもよい。基材がプラスチックスのような非耐熱性の材
料で形成されている場合には、光触媒を含有する耐光酸
化性塗料を表面に塗布し硬化させることにより、光触媒
性コーティングを形成することもできる。

【００１１】本発明の光半導体性コーティングに使用す
る光半導体としては、チタニア（ＴｉＯ_２）が最も好ま
しい。チタニアは、無害であり、化学的に安定してあ
り、かつ、安価に入手可能である。チタニアはバンドギ
ャップエネルギが高く、従って、光励起には紫外線を必
要とする。

【００１２】チタニアとしてはアナターゼとルチルのい
づれも使用することができる。アナターゼ型チタニアの
利点は、非常に細かな微粒子を分散させたゾルを市場で
容易に入手することができ、非常に薄い薄膜を容易に形
成することができることである。他方、ルチル型チタニ
アは、高温で焼結することができ、強度と耐摩耗性に優
れた被膜が得られるという利点がある。ルチル型チタニ
アはアナターゼ型よりも伝導帯準位が低いが、光半導体
による親水化の目的に使用することができる。基材をチ
タニアからなる光半導体性コーティングで被覆し、チタ
ニアを紫外線によって光励起すると、光半導体作用によ
って水が水酸基（ＯＨ⁻）の形で表面に化学吸着され、
その結果、表面が親水性になると考えられる。

【００１３】本発明の光半導体性コーティングに使用可
能な他の光半導体としては、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＳｒＴ
ｉＯ_３、ＷＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３のような金属
酸化物がある。これらの金属酸化物は、チタニアと同様
に、表面に金属元素と酸素が存在するので、表面水酸基
（ＯＨ⁻）を吸着しやすくこれにより表面が親水性を有
すると考えられる。光半導体の粒子を金属酸化物の層内
に配合することにより光半導体性コーティングを形成し
てもよい。特に、シリカ又は酸化錫に光半導体を配合し
た場合には、表面を高度に親水化することができる。光
半導体性コーティングの膜厚について言えば、光半導体
性コーティングが薄ければ薄いほど基材の透明度を確保
することができる。更に、膜厚を薄くすれば光半導体性
コーティングの耐摩耗性が向上する。光半導体性コーテ
ィングの表面に、更に、親水化可能な耐摩耗性又は耐食
性の保護層や他の機能膜を設けてもよい。

【００１４】基材が金属、セラミックス、ガラスのよう
な耐熱性の材料で形成されている場合には、水との接触
角が０゜になる程度の超親水性を呈する耐摩耗性に優れ
た光触媒性コーティングを形成する好ましいやり方の１
つは、先ず基材の表面を無定形チタニアで被覆し、次い
で焼成により無定形チタニアを結晶性チタニア（アナタ
ーゼ又はルチル）に相変化させることである。水との接
触角が０゜になる程度の超親水性を呈する耐摩耗性に優
れた光触媒性コーティングを形成する他の好ましいやり
方は、チタニアとシリカとの混合物からなる光触媒性コ
ーティングを基材の表面に形成することである。チタニ
アとシリカとの合計に対するシリカの割合は、５〜９０
モル％、好ましくは１０〜７０モル％、より好ましくは
１０〜５０モル％にすることができる。

【００１５】水との接触角が０゜になる程度の超親水性
を呈する耐摩耗性に優れた光半導体性コーティングを形
成する更に他の好ましいやり方は、チタニアと酸化錫と
の混合物からなる光触媒性コーティングを基材の表面に
形成することである。チタニアと酸化錫との合計に対す
る酸化錫の割合は、１〜９５重量％、好ましくは１〜５
０重量％にすることができる。水との接触角が０゜にな
る程度の超親水性を呈する光半導体性コーティングを形
成する更に他の好ましいやり方は、未硬化の若しくは部
分的に硬化したシリコーン（オルガノポリシロキサン）
又はシリコーンの前駆体からなる塗膜形成要素に光半導
体の粒子を分散させてなる塗料用組成物を用いることで
ある。

【００１６】この塗料用組成物を基材の表面に塗布し、
塗膜形成要素を硬化させた後、光半導体を光励起する
と、シリコーン分子のケイ素原子に結合した有機基は光
半導体の光半導体作用により水酸基に置換され、光半導
体性コーティングの表面は超親水化される。このやり方
には、幾つかの利点がある。光半導体含有シリコーン塗
料は常温又は比較的低温で硬化させることができるの
で、プラスチックスのような非耐熱性の材料で形成され
ている基材にも適用することができる。光半導体を含有
したこの塗料用組成物は、表面の超親水化を要する既存
の基材に、刷毛塗り、スプレーコーティング、ロールコ
ーティングなどにより必要に応じ何時でも塗布すること
ができる。光半導体の光励起による超親水化は、太陽光
のような光源でも容易に行うことができる。光半導体含
有シリコーン塗料はシロキサン結合を有するので、光半
導体の光酸化作用に対する充分な対抗性を有する。光半
導体含有シリコーン塗料からなる光半導体性コーティン
グの更に他の利点は、表面が一旦超親水化された後に
は、暗所に保持しても長期間超親水性を維持し、かつ、
蛍光灯のような照明灯の光でも超親水性を回復すること
である。よって、流し込み前に成形面を超親水化してお
けばその効果は離型時まで持続する。

【００１７】また、光半導体性コーティングにはＡｇ、
Ｃｕ、Ｚｎのような金属をドーピングすることができ
る。光半導体にＡｇ、Ｃｕ、又はＺｎをドーピングする
ためには、光半導体粒子の懸濁液にこれらの金属の可溶
性塩を添加し、得られた溶液を用いて光半導体性コーテ
ィングを形成することができる。或いは、光半導体性コ
ーティングを形成後、これらの金属の可溶性塩を塗布
し、光照射により光還元析出させてもよい。Ａｇ、Ｃ
ｕ、又はＺｎでドーピングされた光半導体性コーティン
グは、表面に付着した細菌を死滅させることができる。
更に、この光半導体性コーティングは、黴、藻、苔のよ
うな微生物の成長を抑制する。従って、鋳込成形型の表
面を長期間にわたって清浄に維持することができる。

【００１８】また、光半導体性コーティングには、更
に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒのような白金
族金属をドーピングすることができる。これらの金属
も、同様に、光還元析出や可溶性塩の添加により光半導
体にドーピングすることができる。光半導体を白金族金
属でドーピングすると、光半導体の酸化還元活性を増強
させることができ、表面に付着した汚染物質を分解する
ことができる。紫外線光源としては、蛍光灯、白熱電
灯、メタルハライドランプ、水銀ランプのような照明灯
を使用することができる。

【００１９】光励起は、表面の水との接触角が約１０゜
以下、好ましくは約５゜以下、特に約０゜になるまで行
い、或いは行わせることができる。一般には、０．００
１ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線照度で光励起すれば、数日で水
との接触角が約０゜になるまで超親水化することができ
る。地表に降り注ぐ太陽光に含まれる紫外線の照度は約
０．１〜１ｍＷ／ｃｍ^２である。現象的には太陽光にさ
らせばより短時間で表面を超親水化することができると
いえる。

【００２０】光半導体性コーティングがチタニア含有シ
リコーンで形成されている場合には、シリコーン分子の
ケイ素原子に結合した表面有機基が充分な量だけ水酸基
に置換されるに充分な照度で光半導体を光励起するのが
好ましい。このため現象的には最も有利な方法は、太陽
光もしくはそれに類する光源を利用することであるとい
える。表面が一旦高度に親水化された後は、親水性は光
照射がなくても持続する。再び光照射にさらされる度に
親水性は回復され、維持される。

【００２１】又、多孔質層の気孔内部を親水化する方法
も、基本的には成形面を親水化する方法と同じであり、
気孔内部に光半導体含有層を形成する材料を含浸させ、
その後熱処理又は硬化させればよい。本発明が応用でき
る鋳込成形型の多孔質層は樹脂、金属、セラミックス等
の材料で構成されている。樹脂としてはエポキシ、不飽
和ポリエステル、アクリル等が使用可能であり、多孔質
体を作る方法としては、例えば、該樹脂のエマルジョン
スラリーを硬化させ、水の占めていた部分を気孔部分と
する方法が挙げられる。又、金属としては、例えば、鉄
系合金等の金属粉を用い、これを成形、焼結する粉末混
合法を用いて多孔質体を作ることができる。又、セラミ
ックスとしては、焼結度の低い素焼の陶磁器などを用い
て、多孔質体を作ることができる。

【００２２】又、成形法としては、加圧成形、常圧成形
の両方に応用することができる。常圧成形法において
は、従来の石膏型の表面に本発明の光半導体層を形成す
ることにより、石膏型の特質を生かしながら、表面の耐
水性や着肉特性を向上させることもできる。

【００２３】

【実施例】常圧成形用のエポキシ系樹脂型（以下基板と
称する）の表面を以下の方法で光半導体層を形成させ、
該半導体層を形成させたもの（以下サンプルと称する）
と形成させないもの（以下コントロールと称する）とを
比較した。

【００２４】無定型シリカ層を形成するため、エタノー
ルの溶媒８６重量部に、テトラエトキシシランＳｉ（Ｏ
Ｃ_２Ｈ_５）_４（和光純薬、大阪）６重量部と純水６重量
部とテトラエトキシシランの加水分解抑制剤として３６
％塩酸２重量部を加えて混合し、シリカコーティング溶
液を調整した。混合により溶液は発熱するので、混合液
を約１時間放置冷却した。この溶液を真空ディッピング
法により基材に塗布含浸させ、８０℃の温度で乾燥させ
た。乾燥に伴い、テトラエトキシシランは加水分解を受
けて先ずシラノールＳｉ（ＯＨ）_２になり、続いてシラ
ノールの脱水縮重合により無定形シリカの薄膜が基材の
表面に形成された。

【００２５】次に、シリカ配合チタニアからなる光半導
体層を形成するため、テトラエトキシシラン（和光純
薬）０．６９ｇとアナターゼ型チタニアゾル（日産化
学、ＴＡ−１５、平均粒径０．０１μｍ）１．０７ｇと
エタノール２９．８８ｇと純水０．３６ｇを混合し、コ
ーティング溶液を調整した。このコーティング溶液を真
空ディッピング法により前記薄膜上に塗布含浸した。次
に約２０分間約１２０℃の温度に保持することにより、
テトラエトキシシランを加水分解と脱水縮重合に付し、
アナターゼ型チタニア粒子が無定形シリカのバインダー
で結着されたコーティングを基材の表面に形成した。チ
タニアとシリカの重量比は１であった。サンプルとコン
トロールに衛生陶器用のスラリーを８ｍｍ着肉させ、型
背面より逆圧をかけて、着肉体を離型させたところ、離
型に要するエアー圧はサンプルが０．１ＭＰａ、コント
ロールが０．１５ＭＰａであり、又、成形体の表面はサ
ンプルの方が平滑であって、スムーズに離型されたこと
を示していた。又、８ｍｍ着肉させるのに要した時間は
サンプルが３８分、コントロールが４８分であり、着肉
速度の向上が確認された。

【００２６】

【発明の効果】本発明の成形型を用いることにより、離
型性に優れ、着肉速度の大きな成形が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形面に光励起により親水化される光半導
体含有層を形成したことを特徴とする粉体の鋳込成形
型。
【請求項２】成形面を形成する多孔質層の気孔内部表面
に、光励起により親水化される光半導体含有層を形成し
たことを特徴とする粉体の鋳込成形型。
【請求項３】成形面及び、成形面を形成する多孔質層の
気孔内部表面に、光励起により親水化される光半導体含
有層を形成したことを特徴とする粉体の鋳込成形型。