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明細書 :放電プラズマ焼結体

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4811803号 (P4811803)
公開番号 特開2007-130568 (P2007-130568A)
登録日 平成23年9月2日(2011.9.2)
発行日 平成23年11月9日(2011.11.9)
公開日 平成19年5月31日(2007.5.31)
発明の名称または考案の名称 放電プラズマ焼結体
国際特許分類 C02F   1/68        (2006.01)
C04B  35/00        (2006.01)
FI C02F 1/68 520U
C02F 1/68 530F
C04B 35/00 V
請求項の数または発明の数 5
全頁数 9
出願番号 特願2005-325763 (P2005-325763)
出願日 平成17年11月10日(2005.11.10)
審査請求日 平成20年11月5日(2008.11.5)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】899000057
【氏名又は名称】学校法人日本大学
発明者または考案者 【氏名】星村 義一
個別代理人の代理人 【識別番号】110000084、【氏名又は名称】特許業務法人アルガ特許事務所
【識別番号】100068700、【弁理士】、【氏名又は名称】有賀 三幸
【識別番号】100077562、【弁理士】、【氏名又は名称】高野 登志雄
【識別番号】100096736、【弁理士】、【氏名又は名称】中嶋 俊夫
【識別番号】100117156、【弁理士】、【氏名又は名称】村田 正樹
【識別番号】100111028、【弁理士】、【氏名又は名称】山本 博人
【識別番号】100089048、【弁理士】、【氏名又は名称】浅野 康隆
【識別番号】100101317、【弁理士】、【氏名又は名称】的場 ひろみ
【識別番号】100121153、【弁理士】、【氏名又は名称】守屋 嘉高
【識別番号】100134935、【弁理士】、【氏名又は名称】大野 詩木
【識別番号】100130683、【弁理士】、【氏名又は名称】松田 政広
審査官 【審査官】富永 正史
参考文献・文献 特開2002-302453(JP,A)
特開2001-011509(JP,A)
特開2001-070956(JP,A)
特開2000-197890(JP,A)
調査した分野 C02F 1/68
C04B 35/00
特許請求の範囲 【請求項1】
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体。
【請求項2】
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を含有するアルカリイオン水調製用剤。
【請求項3】
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することを特徴とするアルカリイオン水の製造法。
【請求項4】
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することにより得られるアルカリイオン水。
【請求項5】
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入してアルカリイオン水を製造するに際し、放電プラズマ焼結の温度を制御することによりアルカリイオン水のpHを制御する方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、ゲットウ植物体の焼却灰を用いた放電プラズマ焼結体及びこれを用いたアルカリイオン水に関する。
【背景技術】
【0002】
放電プラズマ焼結法(Spark Discharge Plasma Sintering:以下SPS法と略記)は鉄及び非鉄系の各種金属材料の焼結を容易に実験操作できることを目的に開発された新材料研究開発用の焼結システムである。SPS法では、加工材料を高密度に圧縮後、パルス通電を行い粒間に高密度エネルギーを集中させることにより加工精度の高い均質な焼結体が得られる。無加圧焼結やホットプレス法(HIP)のような変形がなく従来の焼結法では成型できなかった材料を焼結することが可能である。さらに従来の焼結法に比べて、短時間焼結、取り扱いの容易さ、HIPに比べ1/3~1/5の消費電力で焼結を行えるランニングコストの低廉さなどの長所があることから、各種金属材料の焼結手段として用いられるに至っている(例えば特許文献1参照)。

【特許文献1】特開2000-95577号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、植物材料のSPS法による焼結についての報告はなく、得られる焼結体の特性についても全く知られていない。
従って、本発明の目的は、植物材料のSPS法による焼結体を作製し、その利用手段を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
そこで、本発明者は、殺菌作用や防虫作用を有することが知られているゲットウに着目し、ゲットウ植物体の焼却灰をSPS法で焼結させて焼結体を作製した。その焼結体を水に投入したところ、速やかにpHが上昇し、安定したpHを有するアルカリイオン水が得られることを見出した。また、得られるアルカリイオン水のpHはSPSの温度により制御できることを見出した。さらに、当該ゲットウ植物体の焼却灰とアルミニウム粉体の混合物をSPS法で焼結して得られた焼結体は、水のpH上昇を制御できることを見出した。
【0005】
従って、本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を提供するものである。
また、本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を含有するアルカリイオン水調製用剤を提供するものである。
さらに、本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することを特徴とするアルカリイオン水の製造法を提供するものである。
さらに本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することにより得られるアルカリイオン水を提供するものである。
さらに本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入してアルカリイオン水を製造するに際し、放電プラズマ焼結の温度を制御することによりアルカリイオン水のpHを制御する方法を提供するものである。
【発明の効果】
【0006】
本発明の焼結体を用いれば、pHが長期間安定したアルカリイオン水を簡便に製造することができる。また、そのpHは焼結温度などにより任意に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
本発明の放電プラズマ焼結体(以下、SPS焼結体という)は、ゲットウ植物体焼却灰、又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉末との混合物を放電プラズマ焼結することにより製造される。ここで、ゲットウ(月桃)は、ショウガ科の植物であり、その抽出物は殺菌作用、防虫作用を有することが知られている。本発明に用いるゲットウ植物体は、ゲットウの茎、根、葉、花、果実、種子のいずれでもよく、茎及び葉等を含むものであってもよい。ゲットウの焼却灰は、ゲットウ植物体を通常の条件で焼却した灰分であれば特に制限されないが、例えば400~800℃で常圧又は加圧下に焼却した灰が好ましい。
【0008】
また、ゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物を用いる場合、その混合比はアルミニウムによるpH上昇コントロールの点から、質量比で1:100~100:1、さらに1:10~10:1、特に1:1~20:1が好ましい。また、アルミニウムとしては金属アルミニウムを用いるのが好ましい。
【0009】
放電プラズマ焼結は、焼結温度200~1500℃(好ましくは200~1200℃)、電流2500~8000A(好ましくは3000~8000A)、焼結保持時間10~50分(好ましくは10~30分)、焼結圧力10~20kN(好ましくは10~18kN)で行うのが好ましい。また、チャンバー内の真空度は20Pa以下、特に10Pa以下とするのが好ましい。この時、焼結温度を高くすれば、アルカリイオン水のpHが低くなり、焼結温度を低くすればアルカリイオン水のpHが高くなる。
【0010】
得られたSPS焼結体を水に投入すると水のpHは8~12程度に上昇し、アルカリイオン水が簡便に得られる。ゲットウ植物体焼却灰のSPS焼結体を水に投入した場合のpHの上昇は、5分以内でほぼ平衡に達する。一方、ゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物のSPS焼結体を水に投入した場合のpHの上昇はゆるやかであり、30~60分で平衡に達する。またそのpH上昇も、ゲットウ植物体焼却灰のみを用いた場合に比べて低い。従って、アルミニウム粉体を混合したSPS焼結体は、ゲットウ植物体焼却灰由来の成分の放出をコントロールしているものと考えられる。なお、SPS焼結体投入対象である水は、通常の水であってもよく、電気分解により得られたアルカリイオン水であってもよい。
【0011】
アルカリイオン水調製にあたってのSPS焼結体の投入量は、水1Lあたり10~50mgで十分である。得られるアルカリイオン水のpHは、8~12で長期間安定している。
【0012】
また、本発明のSPS焼結体には、アルミニウム粉体を混合しない場合であっても、カリウム、ナトリウム及びリン濃度が高いという特徴を有する。シーケンシャル型誘電結合プラズマ発光分析によれば、カリウムは200~2000mg/L、ナトリウムは10~15mg/L、リンは80~100mg/L、マグネシウムは8~15mg/L含まれている。本発明のSPS焼結体は、アルカリイオン水中にこれらのミネラルを長期間にわたって放出し続ける。従って、本発明により得られるアルカリイオン水は、これらのミネラルを含有するミネラル含有水としても有用である。
【実施例】
【0013】
次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0014】
実施例1
(方法)
(株)住友石炭鉱業製の放電プラズマ焼結機(DR.SINTER Model SPS-3.20MK-IV)を用いた。その基本構成図を図1に示す。試料として、ゲットウ植物体(茎及び葉を含むもの)を約500~800℃で焼却した灰(ゲットウ焼却灰)4g、ゲットウ焼却灰にAlを10,20,30(wt%)添加したものを使用した。計量には(株)島津製作所製電子天秤BX420Hを用いた。なお、Al添加に際しての割合は10(wt%)の場合2.7gのゲットウ焼却灰に0.3gのAlを混合した。それらの試料を図1にあるダイとパンチの中にセットする。その際、焼結時にダイとパンチに試料が付着するのを防ぎ、また通電をよくするためカーボンシート(50(mm)×63(mm)の直方体シート、φ20(mm)の円形シート)を使用した。焼結条件は、ゲットウ焼却灰のみの場合は焼結温度を300,500,700,900(℃)、電流は3200(A)、焼結保持時間を20(min)、焼結圧力を13(kN)の一定条件下で作製した。Alを添加した試料は、焼結温度を500(℃)、電流を3200(A)、焼結保持時間を15(min)、焼結圧力を15(kN)の一定条件下で作製した。またチャンバー内の真空度は6(Pa)程度まで下げた。完成した焼結体は、カーボンシートが付着しているので、これを取り除くため(株)マルトー製精密自動研磨機(ML-150P)で研磨した。この焼結体(φ20×約3mm)を100ccの蒸留水に投入した。そのpHを東亜DKK株式会社製ポータブルpH計(HM-21P)で5,10,20,30,40,50,60(min)毎に測定した。
【0015】
(結果)
図2はゲットウ焼却灰のみを各温度で焼結させたものを蒸留水に投入したときのpHの変化を表したものである。焼結体を投入して5(min)程度でpHは10~11程度まで上昇し、その後はほぼ一定の値となる。5(min)経過したときのpHは300℃、500℃、700℃、900℃の時、それぞれ10.86、10.40、10.49、9.07となり、60(min)後には11.16、10.96、10.94、10.00となった。焼結温度を低く設定した焼結体ほどpHの上昇が早く、その値も高くなっているのがわかる。焼結温度を一番高く設定した900℃では他の焼結体と比べてpHの上昇率は低い。これらのpHの違いは、焼結温度が低いとゲットウ焼却灰の成分が蒸留水に溶け出しやすいためpHの値が高くなり、逆に焼結温度が高くなると成分が溶け出しにくくなりpHが低くなることと思われる。
【0016】
図3はゲットウ焼却灰にAlを混合させて焼結させたものを蒸留水に入れたときのpHの変化を表したものであるである。Alを混合させたことによりpHの上昇率はゲットウ焼却灰のみに比べて低下する。またAlの比率が高いほどpHの上昇率は低下する。ゲットウ焼却灰のみの場合は5(min)程度でpHの値が安定したのに対して、Alを混合させたものは30(min)程度までは変化が続き、その後は微増の傾向がある。焼結体を入れてから30(min)までを10(min)単位で見てみるとそれぞれpHは約0.5ずつ上昇し、そのあと60(min)までは約0.1~0.2ずつ上昇した。このことからゲットウ焼却灰にAlを混合させることでpHの値が、ゲットウ焼却灰のみの場合より低くなることがわかる。
【0017】
図2及び図3より本発明のSPS焼結体を用いれば、簡便にアルカリイオン水が製造できることがわかる。
【0018】
ゲットウに代えて、紙の焼却灰を用いて実施例1と同様にしてSPS焼結体を得た(焼結温度300℃、700℃)。
得られたSPS焼結体を蒸留水に投入したときのpH変化を、実施例1のゲットウ焼結灰から得られたSPS焼結体のそれと対比して図4に示した。図4から明らかなように、ゲットウ焼結灰のSPS焼結体だけが明確なpH変化を示した。
【0019】
また、ゲットウ焼却灰から得られたSPS焼結体をシーケンシャル型誘電結合プラズマ発光分析により、成分分析を行ったところ、下記表1に示すように、ミネラルの含有量は焼結温度により相違していたが、カリウム、ナトリウム、リン、マグネシウム等を多量に含んでいることが判明した。
【0020】
また、市販の電気分解により得られたアルカリイオン水に本発明のSPS焼結体を投入したところ、長期間pHが安定したアルカリイオン水が得られた。
【0021】
【表1】
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【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】SPSの基本構成を示す図である。
【図2】ゲットウ焼却灰のSPS焼結体を水に投入したときのpH変化を示す図である。
【図3】ゲットウ焼却灰とアルミニウム粉体の混合物のSPS焼結体を水に投入したときのpH変化を示す図である。
【図4】紙焼却灰のSPS焼結体がゲットウ焼結体を水に投入したときのpH変化を示す図である。
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3