多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置
【課題】効率良く低コストで、高品質の多孔質チタン焼結体を提供することが可能な多孔質チタン焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程Ｓ１と、前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体とする成形工程Ｓ２と、前記成形体を加熱乾燥して発泡させることにより発泡成形体を作製する発泡工程Ｓ３と、前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置した前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂工程Ｓ４と、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程Ｓ５と、前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結工程Ｓ７と、を備えていることを特徴とする。
【解決手段】チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程Ｓ１と、前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体とする成形工程Ｓ２と、前記成形体を加熱乾燥して発泡させることにより発泡成形体を作製する発泡工程Ｓ３と、前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置した前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂工程Ｓ４と、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程Ｓ５と、前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結工程Ｓ７と、を備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光触媒の保持材、オゾン発生器の給電電極、人工骨材および燃料電池用電極等に使用される多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前述の多孔質チタン焼結体としては、例えば特許文献１に記載されているように、スポンジ状の３次元網目構造を有するとともに気孔率が５０容量％以上とされたものが提供されている。これらの多孔質チタン焼結体は、純度９８質量％以上のチタン、６質量％のアルミニウムおよび４質量％のバナジウムを含むチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）、１０％質量％のバナジウム、２質量％の鉄および３質量％のアルミニウムを含むチタン合金（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ）等で構成されており、優れた耐食性を有している。
【０００３】
このような多孔質チタン焼結体を製造する方法としては、例えば特許文献２および特許文献３に開示されているように、チタンまたはチタン合金粉末や水素化チタン粉末等に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水及び界面活性剤を混合してスラリーを用いたものが提案されている。
ドクターブレード等の塗布装置によって、前記スラリーを支持フィルム上に塗布することによりシート状の成形体を成形し、この成形体を加熱乾燥することにより発泡剤が発泡して３次元網目構造となった網目部分にチタン粉末が位置した発泡成形体を作製する。この発泡成形体を支持フィルムから分離して、支持プレートの上に載置し、脱脂、焼結することにより、チタン粉末が結合してスポンジ状の３次元網目構造を有する多孔質チタン焼結体が製造される。
【０００４】
脱脂工程では、支持プレート上に載置された発泡成形体を、例えば５×１０−２Ｐａ程度の真空雰囲気あるいは水素雰囲気とされた脱脂炉内に装入し、例えば５５０℃×５時間の加熱・保持を行う。これにより、発泡成形体に含まれる脂分（有機バインダー等）が揮発して除去される。
【０００５】
また、焼結工程では、脱脂された発泡成形体を支持プレート上に載置した状態で、例えば５×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気の焼結炉内に装入し、例えば１２００℃×５時間の加熱・保持を行う。この焼結工程では、高温で長時間保持されるため、炉内に極僅かな酸素が混入しても酸化してしまうおそれがある。そこで、発泡成形体をチタン箔で包むことにより、チタン箔を優先的に酸化させることで発泡成形体の酸化を防止している。
【０００６】
ここで、前述の脱脂炉および焼結炉としては、主に抵抗加熱炉が使用されている。また、チタンは反応性に富む元素であるので、加熱時における支持プレートとチタンとの反応を抑制するために、ジルコニア製の支持プレートの上に発泡成形体を載置している。
【特許文献１】特開２００６−１３８００５号公報
【特許文献２】特開２００４−０４３９７６号公報
【特許文献３】特開２００７−０４６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の多孔質チタン焼結体の製造方法においては、焼結炉として主に抵抗加熱炉が使用されているため、発泡成形体を焼結温度（１２００℃）にまで加熱するのに多くの時間を要していた。また、焼結炉内には、発泡成形体を支持するジルコニア製の支持プレートも装入されるため、加熱にさらに時間を要していた。このため、焼結工程が律速となって効率良く多孔質チタン焼結体を製造することができなかった。また、エネルギー効率が悪く、製造コストが高くなるといった問題があった。
また、焼結温度（約１２００℃）にまで加熱するため、高温に対応した専用炉を用いる必要があった。
さらに、長時間にわたって炉内で高温に保持することになるため、炉内に混入した酸素によってチタンが酸化し、製出される多孔質チタン焼結体の品質の低下を招くおそれがあった。
【０００８】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、効率良く低コストで、高品質の多孔質チタン焼結体を提供することが可能な多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の多孔質チタン焼結体の製造方法は、チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程と、前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体とする成形工程と、 前記成形体を加熱乾燥して発泡させることによって発泡成形体を作製する発泡工程と、 前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置した前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂工程と、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程と、前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結工程と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成とされた本発明の多孔質チタン焼結体の製造方法においては、脱脂工程によって脱脂された発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して焼結し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程と、１次焼結体をさらに高温で焼結する第２焼結工程とを有しているので、第１焼結工程における加熱温度を低く抑えることができる。詳述すると、第１焼結工程においては、発泡成形体を焼結炉内で８００℃から１０００℃で１分から３０分保持することで、導電性を有する１次焼結体を得ることができるのである。したがって、第１焼結工程は汎用の炉を用いることが可能となり、さらに高温となる第２焼結工程のみを専用炉で行うことで生産効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００１１】
また、１次焼結体が導電性を有しているので、１次焼結体をさらに高温で焼結する第２焼結工程においては、１次焼結体に電流を通電させて自己発熱させることが可能となる。このように自己発熱させた場合には、短時間で高温にまで加熱することができる。具体的には、自己発熱による第２焼結工程では、１２００℃で数分程度の保持により、多孔質チタン焼結体を得ることができる。したがって、従来と比較して大幅に焼結時間を短縮することができる。
なお、脱脂工程、第１焼結工程、第２焼結工程においては、加熱対象物（発泡成形体または１次焼結体）を間欠的に搬送して加熱してもよいし、加熱対象物（発泡成形体または１次焼結体）を走行させながら加熱してもよい。
【００１２】
ここで、前記第１焼結工程と前記第２焼結工程との間に、前記１次焼結体を前記第２の支持体から分離する分離工程を設けてもよい。
導電性を有する程度にまで焼結された１次焼結体においては、粉末同士が一定の強度で結合しているので、第２の支持体から分離しても崩壊することがない。よって、第２焼結工程において、１次焼結体のみを加熱することが可能となり、さらに効率良く多孔質チタン焼結体を製出することができる。
【００１３】
また、前記第２焼結工程を、誘導加熱によって前記１次焼結体に誘導電流を発生させて自己発熱させる構成としてもよい。
この場合、誘導加熱によって１次焼結体に誘導電流（渦電流）を発生させて自己発熱させるので、１次焼結体を非接触の状態で加熱することができる。また、短時間で１次焼結体を高温（例えば１２００℃）にまで加熱することができる。
【００１４】
また、前記第２焼結工程を、前記１次焼結体に電流を通電して自己発熱させるように構成してもよい。
この場合、１次焼結体に通電することによって自己発熱させるので、１次焼結体を短時間で高温（例えば１２００℃）にまで加熱することができる。
【００１５】
さらに、前記成形工程において、長尺の前記第１の支持体の上に前記スラリーを塗布して長尺シート状成形体を成形し、前記発泡工程において、前記長尺シート状成形体を加熱乾燥することにより発泡させて長尺シート状発泡成形体を作製し、この長尺シート状発泡成形体に対して、前記脱脂工程、前記第１焼結工程および前記第２焼結工程を連続して行うように構成としてもよい。
この場合、長尺シート状成形体に対して脱脂工程、第１焼結工程、第２焼結工程を連続して行うので、多孔質チタン焼結体の生産効率を大幅に向上させることができる。
【００１６】
本発明の多孔質チタン焼結体の製造装置は、チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合して得られたスラリーを用いた多孔質チタン焼結体の製造装置であって、前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体を成形する塗布部と、前記成形体を加熱乾燥して発泡させて発泡成形体を得る発泡処理部と、前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置された前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂炉と、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結炉と、前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結炉と、を備えていることを特徴としている。
この構成の多孔質チタン焼結体の製造装置によれば、前述の多孔質チタン焼結体の製造方法を好適に実施することが可能となる。
【００１７】
ここで、前記第１焼結炉と前記第２焼結炉との間に、前記第２の支持体と前記１次焼結体とを分離する分離手段を備えてもよい。
この場合、第１焼結炉で作製された１次焼結体と第２の支持体とを分離手段によって分離し、１次焼結体のみを第２焼結炉内に装入できるので、さらに効率良く１次焼結体を加熱することができる。
【００１８】
また、第２焼結炉を、誘導加熱機構により前記１次焼結体に渦電流を発生させて自己発熱させる構成としてもよい。
あるいは、第２焼結炉を、１次焼結体に接触される接触端子部と該接触端子部を介して前記１次焼結体に電流を通電する通電機構とを備えたものとしてもよい。
このように第２焼結炉を構成することにより、１次焼結体を確実に、かつ、効率良く加熱して高品質の多孔質チタン焼結体を得ることが可能となる。
【００１９】
さらに、前記第１焼結炉と前記第２焼結炉とが炉体を共有しており、該炉体に、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して導電性を有する１次焼結体を作製する第１加熱手段と、前記１次焼結体に電流を通電して自己発熱させる第２加熱手段とを設けてもよい。
この場合、１つの炉体内において、第１加熱手段によって１次焼結体を作製するとともに第２加熱手段によって１次焼結体を高温で焼結することが可能となり、１つの炉体であっても、焼結時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、効率良く低コストで、高品質の多孔質チタン焼結体を提供することが可能な多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１〜図３に本発明の第１の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置を示す。
【００２２】
図２に示す多孔質チタン焼結体製造装置１０は、発泡性のスラリー２１を作製するスラリー作製部１１と、このスラリー２１を、例えば表面処理を施したＰＥＴ樹脂からなるキャリアシート２０Ａ上に塗布してシート状の成形体２２を成形する成形部１２と、シート状の成形体２２を発泡させて発泡成形体２３を作製する発泡室１３と、キャリアシート２０Ａから分離されてジルコニア製の支持プレート２０Ｂに載置された発泡成形体２３を加熱して脂分を除去する脱脂炉１４と、脱脂された発泡成形体２３を加熱焼結して１次焼結体２４を作製する第１焼結炉１５と、１次焼結体２４を第１焼結炉１５よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結炉１６と、を備えている。
【００２３】
ここで、第１焼結炉１５と第２焼結炉１６との間には、１次焼結体２４を冷却する冷却部１７と、１次焼結体２４と支持プレート２０Ｂとを分離する分離機構１８とが設けられており、第２焼結炉１６には、搬送ローラ１６Ａによって１次焼結体２４のみが装入されるように構成されている。また、本実施形態では、脱脂炉１４、第１焼結炉１５および冷却部１７とが連続して配置され、同一のベルトコンベア１９（搬送機構）によって発泡成形体２３および１次焼結体２４が支持プレート２０Ｂとともに搬送されるように構成されている。
【００２４】
脱脂炉１４は、揮発除去された脂分（ガス）を炉体の外部へと排出する排出機構１４Ａを備えており、脱脂炉１４の炉内は５×１０−２Ｐａの真空雰囲気または水素雰囲気とされている。
また、第１焼結炉１５は、抵抗加熱炉とされており、第１焼結炉１５の炉内は５×１０−３Ｐａの真空雰囲気とされている。
【００２５】
第２焼結炉１６は、本実施形態では図３および図４に示すように、誘導加熱炉とされている。搬送ローラ１６Ａの間に螺旋状をなす誘導加熱コイル１６Ｂが配設されており、この誘導加熱コイル１６Ｂの内周部を１次焼結体２４が通過するように構成されている。また、第２焼結炉１６の前後にはガス置換室１６Ｄ、１６Ｅが設けられており、第２焼結炉１６内は不活性ガス雰囲気（本実施形態ではＡｒガス雰囲気）とされている。
【００２６】
次に、この多孔質チタン焼結体製造装置１０を用いた多孔質チタン焼結体の製造方法について図１に示すフローチャートを参照して各工程ごとに説明する。
【００２７】
（スラリー作製工程Ｓ１）
スラリー作製部１１では、チタン粉末、水素化チタン粉末、またはこれらの混合粉末に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水及び必要に応じて界面活性剤を混合して発泡性のスラリー２１を作製する。
本実施形態では、原料粉末として、平均粒径５〜３０μｍの水素化チタン粉末と、水素化チタン粉末を脱水素処理することにより得られた平均粒径１０〜３０μｍの純チタン粉末の混合粉末を使用した。
【００２８】
上記の混合粉末を結合させる有機バインダーとして、水溶性のメチルセルロースまたはポリビニルアルコールを使用した。発泡剤として、ネオペンタン、ヘキサンおよびペプタンを使用した。可塑剤として、グリセリンおよびエチレングリコールを使用した。界面活性剤として、アルキルベンゼンスルホン酸塩を使用した。
これらの原料を、混合粉末：５〜８０質量％、有機バインダー：０．０５〜１０質量％、発泡剤：０．０５〜１０質量％、可塑剤：０．１〜１５質量％、界面活性剤：０．０５ 〜５質量％、水：残部、の比率で混合して、スラリー２１を作製した。
【００２９】
（成形工程Ｓ２）
成形部１２では、ドクターブレード１２Ａ（塗布装置）により、キャリアシート２０Ａの上にスラリー２１を塗布して、幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ５ｍｍのシート状の成形体２２を成形した。
【００３０】
（発泡工程Ｓ３）
発泡室１３では、シート状の成形体２２をキャリアシート２０Ａごと温度７０℃、湿度９０％で１時間保持し、８０℃の温風を１時間送風して温風乾燥させる。この発泡工程Ｓ３によって、スラリー２１中の発泡剤が発泡して、３次元網目構造を有するとともにこの網目構造の骨格部分にチタン粉末が位置した発泡成形体２３が作製される。
【００３１】
（脱脂工程Ｓ４）
前述の発泡成形体２３は、キャリアシート２０Ａから分離されるとともにジルコニア製の支持プレート２０Ｂの上に載置され、ベルトコンベア１９によって脱脂炉１４内に装入される。脱脂炉１４においては、発泡成形体２３を、５×１０−２Ｐａの真空雰囲気中に５５０℃で５時間保持する。これにより、発泡成形体２３に含まれる脂分（有機バインダー等）が揮発除去される。この状態の発泡成形体２３においては、チタン粉末同士は結合しておらず、導電性を有していない。なお、ジルコニア製の支持プレート２０Ｂを使用することによって発泡成形体２３中のチタンと支持プレート２０Ｂとの反応を防止している。
【００３２】
（第１焼結工程Ｓ５）
脱脂された発泡成形体２３は、ベルトコンベア１９によって第１焼結炉１５内に支持プレート２０Ｂとともに装入される。第１焼結炉１５においては、脱脂された発泡成形体２３を、５×１０−３Ｐａの真空雰囲気中で８００〜１０００℃で１〜３０分保持する。これにより、３次元網目構造の骨格部分に位置するチタン粉末同士が結合することによって、導電性を有する１次焼結体２４が作製される。
【００３３】
（冷却・分離工程Ｓ６）
第１焼結炉１５で加熱焼結されて作製した１次焼結体２４は、冷却部１７によって冷却されるとともに、分離機構１８によって支持プレート２０Ｂから分離される。ここで、導電性を有する程度にまで焼結された１次焼結体２４においては、チタン粉末同士が一定の強度で結合しているので、支持プレート２０Ｂから分離しても崩壊することがなく、取り扱うことが可能となる。
【００３４】
（第２焼結工程Ｓ７）
支持プレート２０Ｂから分離された１次焼結体２４は、搬送ローラ１６Ａの上に載置されて第２焼結炉内１６へと装入される。第２焼結炉１６においては、１次焼結体２４が誘導加熱コイル１６Ｂの内周側へと配置され、誘導加熱コイル１６Ｂに通電することで１次焼結体１６に誘導電流（渦電流）を発生させ、ジュール熱によって１次焼結体２４を自己発熱させる。こうして１次焼結体２４を加熱し、Ａｒガス雰囲気中で１２００℃、１〜５分保持することにより、３次元網目構造の骨格部分に位置するチタン粉末同士が強固に結合し、多孔質チタン焼結体が製出される。
【００３５】
このような構成とされた本実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体製造装置１０によれば、脱脂された発泡成形体２３を、真空雰囲気で加熱焼結して導電性を有する１次焼結体２４を作製する第１焼結工程Ｓ５と、１次焼結体２４を第１焼結工程Ｓ５よりも高温で焼結する第２焼結工程Ｓ７とを有しているので、第１焼結工程Ｓ５における加熱温度を８００〜１０００℃と低くし、かつ、保持時間を１〜３０分と短くすることが可能となる。また、第２焼結工程Ｓ７においては、誘導加熱炉である第２焼結炉１６を使用しているので、１次焼結体２４に誘導電流（渦電流）を発生させて自己発熱させることで短時間で１２００℃程度の高温まで加熱することができる。このように第１焼結工程Ｓ５と第２焼結工程Ｓ７とを分けることにより、大幅に焼結時間を短縮することが可能となる。また、短時間で焼結を行うことができるので、炉内に混入した酸素とチタンとの反応を抑えることができ、高品質の多孔質チタン焼結体を製出することができる。
【００３６】
なお、第２焼結工程Ｓ７の処理時間が第１焼結工程Ｓ５の処理時間よりも短時間であることから、第１焼結工程Ｓ５において複数の発泡成形体２３を焼結して１次焼結体２４を作製することにより、１次焼結体２４を連続して第２焼結工程Ｓ７（第２焼結炉１６）に送り込むことが可能となり、さらなる効率化を図ることができる。
また、前述のように第２焼結炉１６が誘導加熱炉とされているので、１次焼結体２４を非接触の状態で加熱することができる。よって、１次焼結体２４を搬送しながら加熱することも容易に行うことができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、第１焼結炉１５と第２焼結炉１６との間に、１次焼結体２４を冷却する冷却部１７と１次焼結体２４と支持プレート２０Ｂとを分離する分離機構１８とが設けられており、第２焼結炉１６内には１次焼結体２４のみが装入される構成とされているので、第２焼結炉１６では、１次焼結体２４のみを加熱すればよく、さらに効率良く多孔質チタン焼結体を製出することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置について図５および図６を用いて説明する。この第２の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置は、第２焼結炉３６の加熱方式が第１の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置１０と異なっている。
【００３９】
詳述すると、図６に示すように、第２焼結炉３６は、搬送ローラ３６Ａと、炉内の１次焼結体２４に接続される接続端子部３６Ｂと、この接続端子部３６Ｂを介して１次焼結体２４に通電を行う通電機構３６Ｃと、を備えている。本実施形態では、一部の搬送ローラ３６Ａに対向する位置に接続端子部３６Ｂが設けられており、搬送ローラ３６Ａと接続端子部３６Ｂとで１次焼結体２４を挟持するように構成されている。
【００４０】
このような構成とされた第２の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体製造装置によれば、１次焼結体２４に接触端子部３６Ｂを接触させて通電することができるので、１次焼結体２４に確実に電流を流して自己発熱させることができる。また、通電する際の電圧を調整することで加熱速度等を簡単に調整することができる。
なお、１次焼結体２４は、焼結によって収縮変形することになるが、この収縮変形に伴って接続端子部３６Ｂが追従するように構成してもよい。あるいは、接続端子部３６Ｂおよび通電機構３６Ｃを、１次焼結体２４の搬送方向に複数設置し、１次焼結体２４を移動させながら加熱してもよい。このとき、１次焼結体２４の収縮変形に併せて搬送ローラ３６Ａの回転数を調整することになる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置について図７および図８を用いて説明する。
この第３の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置４０においては、第１焼結炉４５及び第２焼結炉４６が共通の炉体を有しており、この炉体には、１次焼結工程Ｓ２５を行うための抵抗加熱機構（図示なし）と２次焼結工程Ｓ２７を行う誘導加熱機構（図示なし）が備えられている。
また、スラリー２１をシート状に成形する成形部４２および発泡室４３が、脱脂炉４４、第１焼結炉４５および第２焼結炉４６（炉体）と連続的に配置されている。
【００４２】
この多孔質チタン焼結体製造装置４０では、成形部４２において、キャリアシート上にドクターブレード（塗布装置）を用いて長尺シート状成形体を成形する。この長尺シート状成形体を発泡室４３内に連続的に装入して長尺シート状発泡成形体を作製する。この長尺シート状発泡成形体をキャリアシートから分離して、表面にジルコニアまたはイットリアのコーティングが施された長尺のカーボンプレートの上に載置する。そして、カーボンプレート上に載置された長尺シート状発泡成形体を連続的に脱脂炉４４、第１焼結炉４５および第２焼結炉４６をなす共通の炉体内に装入し、脱脂工程Ｓ２４、第１焼結工程Ｓ２５および第２焼結工程Ｓ２７を連続して行う。
【００４３】
このような構成とされた第３の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体製造装置４０によれば、連続的に長尺の多孔質チタン焼結体が製出されることになり、生産効率を大幅に向上させることができる。また、第１焼結炉４５及び第２焼結炉４６が共通の炉体を有しているので、１つの炉体内において、第１加熱手段によって１次焼結体２４を作製するとともに第２加熱手段によって１次焼結体２４を高温で焼結して多孔質チタン焼結体を製出することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、原料粉末として、平均粒径５〜３０μｍの水素化チタン粉末と、水素化チタン粉末を脱水素処理することにより得られた平均粒径１０〜３０μｍの純チタン粉末の混合粉末を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他のチタン粉末を使用することができる。
【００４５】
また、有機バインダーとして水溶性のメチルセルロースまたはポリビニルアルコールを、発泡剤としてネオペンタン、ヘキサンおよびペプタンを、可塑剤としてグリセリンおよびエチレングリコールを、界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の有機バインダー、発泡剤、可塑剤、界面活性剤を用いてもよい。
【００４６】
さらに、第２の実施形態においては、接続端子部と搬送ローラとで１次焼結体を挟持する構成としたもので説明したが、これに限定されることはなく、プローブ状の接続端子部を１次焼結体に接触させてもよいし、搬送ローラの一部を接続端子部として用いてもよい。
また、製出される多孔質チタン焼結体のサイズは限定されることはなく、適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置を示す概略説明図である。
【図３】図２に示す多孔質チタン焼結体製造装置に備えられた第２焼結炉の説明図である。
【図４】図３に示す第２焼結炉の側面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置に備えられた第２焼結炉の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２１ スラリー作製工程
Ｓ２、Ｓ１２、Ｓ２２ 成形工程
Ｓ３、Ｓ１３、Ｓ２３ 発泡工程
Ｓ４、Ｓ１４、Ｓ２４ 脱脂工程
Ｓ５、Ｓ１５、Ｓ２５ 第１焼結工程
Ｓ７、Ｓ１７、Ｓ２７ 第２焼結工程
１０、４０ 多孔質チタン焼結体製造装置
１１ スラリー作製部
１２、４２ 成形部
１３、４３ 発泡室（発泡処理部）
１４、４４ 脱脂炉
１５、４５ 第１焼結炉
１６、３６、４６ 第２焼結炉
１６Ｂ 誘導加熱コイル（誘導加熱機構）
３６Ｂ 接続端子部
３６Ｃ 通電機構
１８ 分離機構
２０Ａ キャリアシート（第１の支持体）
２０Ｂ 支持プレート（第２の支持体）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光触媒の保持材、オゾン発生器の給電電極、人工骨材および燃料電池用電極等に使用される多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前述の多孔質チタン焼結体としては、例えば特許文献１に記載されているように、スポンジ状の３次元網目構造を有するとともに気孔率が５０容量％以上とされたものが提供されている。これらの多孔質チタン焼結体は、純度９８質量％以上のチタン、６質量％のアルミニウムおよび４質量％のバナジウムを含むチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）、１０％質量％のバナジウム、２質量％の鉄および３質量％のアルミニウムを含むチタン合金（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ）等で構成されており、優れた耐食性を有している。
【０００３】
このような多孔質チタン焼結体を製造する方法としては、例えば特許文献２および特許文献３に開示されているように、チタンまたはチタン合金粉末や水素化チタン粉末等に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水及び界面活性剤を混合してスラリーを用いたものが提案されている。
ドクターブレード等の塗布装置によって、前記スラリーを支持フィルム上に塗布することによりシート状の成形体を成形し、この成形体を加熱乾燥することにより発泡剤が発泡して３次元網目構造となった網目部分にチタン粉末が位置した発泡成形体を作製する。この発泡成形体を支持フィルムから分離して、支持プレートの上に載置し、脱脂、焼結することにより、チタン粉末が結合してスポンジ状の３次元網目構造を有する多孔質チタン焼結体が製造される。
【０００４】
脱脂工程では、支持プレート上に載置された発泡成形体を、例えば５×１０−２Ｐａ程度の真空雰囲気あるいは水素雰囲気とされた脱脂炉内に装入し、例えば５５０℃×５時間の加熱・保持を行う。これにより、発泡成形体に含まれる脂分（有機バインダー等）が揮発して除去される。
【０００５】
また、焼結工程では、脱脂された発泡成形体を支持プレート上に載置した状態で、例えば５×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気の焼結炉内に装入し、例えば１２００℃×５時間の加熱・保持を行う。この焼結工程では、高温で長時間保持されるため、炉内に極僅かな酸素が混入しても酸化してしまうおそれがある。そこで、発泡成形体をチタン箔で包むことにより、チタン箔を優先的に酸化させることで発泡成形体の酸化を防止している。
【０００６】
ここで、前述の脱脂炉および焼結炉としては、主に抵抗加熱炉が使用されている。また、チタンは反応性に富む元素であるので、加熱時における支持プレートとチタンとの反応を抑制するために、ジルコニア製の支持プレートの上に発泡成形体を載置している。
【特許文献１】特開２００６−１３８００５号公報
【特許文献２】特開２００４−０４３９７６号公報
【特許文献３】特開２００７−０４６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の多孔質チタン焼結体の製造方法においては、焼結炉として主に抵抗加熱炉が使用されているため、発泡成形体を焼結温度（１２００℃）にまで加熱するのに多くの時間を要していた。また、焼結炉内には、発泡成形体を支持するジルコニア製の支持プレートも装入されるため、加熱にさらに時間を要していた。このため、焼結工程が律速となって効率良く多孔質チタン焼結体を製造することができなかった。また、エネルギー効率が悪く、製造コストが高くなるといった問題があった。
また、焼結温度（約１２００℃）にまで加熱するため、高温に対応した専用炉を用いる必要があった。
さらに、長時間にわたって炉内で高温に保持することになるため、炉内に混入した酸素によってチタンが酸化し、製出される多孔質チタン焼結体の品質の低下を招くおそれがあった。
【０００８】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、効率良く低コストで、高品質の多孔質チタン焼結体を提供することが可能な多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の多孔質チタン焼結体の製造方法は、チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程と、前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体とする成形工程と、 前記成形体を加熱乾燥して発泡させることによって発泡成形体を作製する発泡工程と、 前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置した前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂工程と、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程と、前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結工程と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成とされた本発明の多孔質チタン焼結体の製造方法においては、脱脂工程によって脱脂された発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して焼結し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程と、１次焼結体をさらに高温で焼結する第２焼結工程とを有しているので、第１焼結工程における加熱温度を低く抑えることができる。詳述すると、第１焼結工程においては、発泡成形体を焼結炉内で８００℃から１０００℃で１分から３０分保持することで、導電性を有する１次焼結体を得ることができるのである。したがって、第１焼結工程は汎用の炉を用いることが可能となり、さらに高温となる第２焼結工程のみを専用炉で行うことで生産効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００１１】
また、１次焼結体が導電性を有しているので、１次焼結体をさらに高温で焼結する第２焼結工程においては、１次焼結体に電流を通電させて自己発熱させることが可能となる。このように自己発熱させた場合には、短時間で高温にまで加熱することができる。具体的には、自己発熱による第２焼結工程では、１２００℃で数分程度の保持により、多孔質チタン焼結体を得ることができる。したがって、従来と比較して大幅に焼結時間を短縮することができる。
なお、脱脂工程、第１焼結工程、第２焼結工程においては、加熱対象物（発泡成形体または１次焼結体）を間欠的に搬送して加熱してもよいし、加熱対象物（発泡成形体または１次焼結体）を走行させながら加熱してもよい。
【００１２】
ここで、前記第１焼結工程と前記第２焼結工程との間に、前記１次焼結体を前記第２の支持体から分離する分離工程を設けてもよい。
導電性を有する程度にまで焼結された１次焼結体においては、粉末同士が一定の強度で結合しているので、第２の支持体から分離しても崩壊することがない。よって、第２焼結工程において、１次焼結体のみを加熱することが可能となり、さらに効率良く多孔質チタン焼結体を製出することができる。
【００１３】
また、前記第２焼結工程を、誘導加熱によって前記１次焼結体に誘導電流を発生させて自己発熱させる構成としてもよい。
この場合、誘導加熱によって１次焼結体に誘導電流（渦電流）を発生させて自己発熱させるので、１次焼結体を非接触の状態で加熱することができる。また、短時間で１次焼結体を高温（例えば１２００℃）にまで加熱することができる。
【００１４】
また、前記第２焼結工程を、前記１次焼結体に電流を通電して自己発熱させるように構成してもよい。
この場合、１次焼結体に通電することによって自己発熱させるので、１次焼結体を短時間で高温（例えば１２００℃）にまで加熱することができる。
【００１５】
さらに、前記成形工程において、長尺の前記第１の支持体の上に前記スラリーを塗布して長尺シート状成形体を成形し、前記発泡工程において、前記長尺シート状成形体を加熱乾燥することにより発泡させて長尺シート状発泡成形体を作製し、この長尺シート状発泡成形体に対して、前記脱脂工程、前記第１焼結工程および前記第２焼結工程を連続して行うように構成としてもよい。
この場合、長尺シート状成形体に対して脱脂工程、第１焼結工程、第２焼結工程を連続して行うので、多孔質チタン焼結体の生産効率を大幅に向上させることができる。
【００１６】
本発明の多孔質チタン焼結体の製造装置は、チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合して得られたスラリーを用いた多孔質チタン焼結体の製造装置であって、前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体を成形する塗布部と、前記成形体を加熱乾燥して発泡させて発泡成形体を得る発泡処理部と、前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置された前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂炉と、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結炉と、前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結炉と、を備えていることを特徴としている。
この構成の多孔質チタン焼結体の製造装置によれば、前述の多孔質チタン焼結体の製造方法を好適に実施することが可能となる。
【００１７】
ここで、前記第１焼結炉と前記第２焼結炉との間に、前記第２の支持体と前記１次焼結体とを分離する分離手段を備えてもよい。
この場合、第１焼結炉で作製された１次焼結体と第２の支持体とを分離手段によって分離し、１次焼結体のみを第２焼結炉内に装入できるので、さらに効率良く１次焼結体を加熱することができる。
【００１８】
また、第２焼結炉を、誘導加熱機構により前記１次焼結体に渦電流を発生させて自己発熱させる構成としてもよい。
あるいは、第２焼結炉を、１次焼結体に接触される接触端子部と該接触端子部を介して前記１次焼結体に電流を通電する通電機構とを備えたものとしてもよい。
このように第２焼結炉を構成することにより、１次焼結体を確実に、かつ、効率良く加熱して高品質の多孔質チタン焼結体を得ることが可能となる。
【００１９】
さらに、前記第１焼結炉と前記第２焼結炉とが炉体を共有しており、該炉体に、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して導電性を有する１次焼結体を作製する第１加熱手段と、前記１次焼結体に電流を通電して自己発熱させる第２加熱手段とを設けてもよい。
この場合、１つの炉体内において、第１加熱手段によって１次焼結体を作製するとともに第２加熱手段によって１次焼結体を高温で焼結することが可能となり、１つの炉体であっても、焼結時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、効率良く低コストで、高品質の多孔質チタン焼結体を提供することが可能な多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１〜図３に本発明の第１の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置を示す。
【００２２】
図２に示す多孔質チタン焼結体製造装置１０は、発泡性のスラリー２１を作製するスラリー作製部１１と、このスラリー２１を、例えば表面処理を施したＰＥＴ樹脂からなるキャリアシート２０Ａ上に塗布してシート状の成形体２２を成形する成形部１２と、シート状の成形体２２を発泡させて発泡成形体２３を作製する発泡室１３と、キャリアシート２０Ａから分離されてジルコニア製の支持プレート２０Ｂに載置された発泡成形体２３を加熱して脂分を除去する脱脂炉１４と、脱脂された発泡成形体２３を加熱焼結して１次焼結体２４を作製する第１焼結炉１５と、１次焼結体２４を第１焼結炉１５よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結炉１６と、を備えている。
【００２３】
ここで、第１焼結炉１５と第２焼結炉１６との間には、１次焼結体２４を冷却する冷却部１７と、１次焼結体２４と支持プレート２０Ｂとを分離する分離機構１８とが設けられており、第２焼結炉１６には、搬送ローラ１６Ａによって１次焼結体２４のみが装入されるように構成されている。また、本実施形態では、脱脂炉１４、第１焼結炉１５および冷却部１７とが連続して配置され、同一のベルトコンベア１９（搬送機構）によって発泡成形体２３および１次焼結体２４が支持プレート２０Ｂとともに搬送されるように構成されている。
【００２４】
脱脂炉１４は、揮発除去された脂分（ガス）を炉体の外部へと排出する排出機構１４Ａを備えており、脱脂炉１４の炉内は５×１０−２Ｐａの真空雰囲気または水素雰囲気とされている。
また、第１焼結炉１５は、抵抗加熱炉とされており、第１焼結炉１５の炉内は５×１０−３Ｐａの真空雰囲気とされている。
【００２５】
第２焼結炉１６は、本実施形態では図３および図４に示すように、誘導加熱炉とされている。搬送ローラ１６Ａの間に螺旋状をなす誘導加熱コイル１６Ｂが配設されており、この誘導加熱コイル１６Ｂの内周部を１次焼結体２４が通過するように構成されている。また、第２焼結炉１６の前後にはガス置換室１６Ｄ、１６Ｅが設けられており、第２焼結炉１６内は不活性ガス雰囲気（本実施形態ではＡｒガス雰囲気）とされている。
【００２６】
次に、この多孔質チタン焼結体製造装置１０を用いた多孔質チタン焼結体の製造方法について図１に示すフローチャートを参照して各工程ごとに説明する。
【００２７】
（スラリー作製工程Ｓ１）
スラリー作製部１１では、チタン粉末、水素化チタン粉末、またはこれらの混合粉末に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水及び必要に応じて界面活性剤を混合して発泡性のスラリー２１を作製する。
本実施形態では、原料粉末として、平均粒径５〜３０μｍの水素化チタン粉末と、水素化チタン粉末を脱水素処理することにより得られた平均粒径１０〜３０μｍの純チタン粉末の混合粉末を使用した。
【００２８】
上記の混合粉末を結合させる有機バインダーとして、水溶性のメチルセルロースまたはポリビニルアルコールを使用した。発泡剤として、ネオペンタン、ヘキサンおよびペプタンを使用した。可塑剤として、グリセリンおよびエチレングリコールを使用した。界面活性剤として、アルキルベンゼンスルホン酸塩を使用した。
これらの原料を、混合粉末：５〜８０質量％、有機バインダー：０．０５〜１０質量％、発泡剤：０．０５〜１０質量％、可塑剤：０．１〜１５質量％、界面活性剤：０．０５ 〜５質量％、水：残部、の比率で混合して、スラリー２１を作製した。
【００２９】
（成形工程Ｓ２）
成形部１２では、ドクターブレード１２Ａ（塗布装置）により、キャリアシート２０Ａの上にスラリー２１を塗布して、幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ５ｍｍのシート状の成形体２２を成形した。
【００３０】
（発泡工程Ｓ３）
発泡室１３では、シート状の成形体２２をキャリアシート２０Ａごと温度７０℃、湿度９０％で１時間保持し、８０℃の温風を１時間送風して温風乾燥させる。この発泡工程Ｓ３によって、スラリー２１中の発泡剤が発泡して、３次元網目構造を有するとともにこの網目構造の骨格部分にチタン粉末が位置した発泡成形体２３が作製される。
【００３１】
（脱脂工程Ｓ４）
前述の発泡成形体２３は、キャリアシート２０Ａから分離されるとともにジルコニア製の支持プレート２０Ｂの上に載置され、ベルトコンベア１９によって脱脂炉１４内に装入される。脱脂炉１４においては、発泡成形体２３を、５×１０−２Ｐａの真空雰囲気中に５５０℃で５時間保持する。これにより、発泡成形体２３に含まれる脂分（有機バインダー等）が揮発除去される。この状態の発泡成形体２３においては、チタン粉末同士は結合しておらず、導電性を有していない。なお、ジルコニア製の支持プレート２０Ｂを使用することによって発泡成形体２３中のチタンと支持プレート２０Ｂとの反応を防止している。
【００３２】
（第１焼結工程Ｓ５）
脱脂された発泡成形体２３は、ベルトコンベア１９によって第１焼結炉１５内に支持プレート２０Ｂとともに装入される。第１焼結炉１５においては、脱脂された発泡成形体２３を、５×１０−３Ｐａの真空雰囲気中で８００〜１０００℃で１〜３０分保持する。これにより、３次元網目構造の骨格部分に位置するチタン粉末同士が結合することによって、導電性を有する１次焼結体２４が作製される。
【００３３】
（冷却・分離工程Ｓ６）
第１焼結炉１５で加熱焼結されて作製した１次焼結体２４は、冷却部１７によって冷却されるとともに、分離機構１８によって支持プレート２０Ｂから分離される。ここで、導電性を有する程度にまで焼結された１次焼結体２４においては、チタン粉末同士が一定の強度で結合しているので、支持プレート２０Ｂから分離しても崩壊することがなく、取り扱うことが可能となる。
【００３４】
（第２焼結工程Ｓ７）
支持プレート２０Ｂから分離された１次焼結体２４は、搬送ローラ１６Ａの上に載置されて第２焼結炉内１６へと装入される。第２焼結炉１６においては、１次焼結体２４が誘導加熱コイル１６Ｂの内周側へと配置され、誘導加熱コイル１６Ｂに通電することで１次焼結体１６に誘導電流（渦電流）を発生させ、ジュール熱によって１次焼結体２４を自己発熱させる。こうして１次焼結体２４を加熱し、Ａｒガス雰囲気中で１２００℃、１〜５分保持することにより、３次元網目構造の骨格部分に位置するチタン粉末同士が強固に結合し、多孔質チタン焼結体が製出される。
【００３５】
このような構成とされた本実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体製造装置１０によれば、脱脂された発泡成形体２３を、真空雰囲気で加熱焼結して導電性を有する１次焼結体２４を作製する第１焼結工程Ｓ５と、１次焼結体２４を第１焼結工程Ｓ５よりも高温で焼結する第２焼結工程Ｓ７とを有しているので、第１焼結工程Ｓ５における加熱温度を８００〜１０００℃と低くし、かつ、保持時間を１〜３０分と短くすることが可能となる。また、第２焼結工程Ｓ７においては、誘導加熱炉である第２焼結炉１６を使用しているので、１次焼結体２４に誘導電流（渦電流）を発生させて自己発熱させることで短時間で１２００℃程度の高温まで加熱することができる。このように第１焼結工程Ｓ５と第２焼結工程Ｓ７とを分けることにより、大幅に焼結時間を短縮することが可能となる。また、短時間で焼結を行うことができるので、炉内に混入した酸素とチタンとの反応を抑えることができ、高品質の多孔質チタン焼結体を製出することができる。
【００３６】
なお、第２焼結工程Ｓ７の処理時間が第１焼結工程Ｓ５の処理時間よりも短時間であることから、第１焼結工程Ｓ５において複数の発泡成形体２３を焼結して１次焼結体２４を作製することにより、１次焼結体２４を連続して第２焼結工程Ｓ７（第２焼結炉１６）に送り込むことが可能となり、さらなる効率化を図ることができる。
また、前述のように第２焼結炉１６が誘導加熱炉とされているので、１次焼結体２４を非接触の状態で加熱することができる。よって、１次焼結体２４を搬送しながら加熱することも容易に行うことができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、第１焼結炉１５と第２焼結炉１６との間に、１次焼結体２４を冷却する冷却部１７と１次焼結体２４と支持プレート２０Ｂとを分離する分離機構１８とが設けられており、第２焼結炉１６内には１次焼結体２４のみが装入される構成とされているので、第２焼結炉１６では、１次焼結体２４のみを加熱すればよく、さらに効率良く多孔質チタン焼結体を製出することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置について図５および図６を用いて説明する。この第２の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置は、第２焼結炉３６の加熱方式が第１の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置１０と異なっている。
【００３９】
詳述すると、図６に示すように、第２焼結炉３６は、搬送ローラ３６Ａと、炉内の１次焼結体２４に接続される接続端子部３６Ｂと、この接続端子部３６Ｂを介して１次焼結体２４に通電を行う通電機構３６Ｃと、を備えている。本実施形態では、一部の搬送ローラ３６Ａに対向する位置に接続端子部３６Ｂが設けられており、搬送ローラ３６Ａと接続端子部３６Ｂとで１次焼結体２４を挟持するように構成されている。
【００４０】
このような構成とされた第２の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体製造装置によれば、１次焼結体２４に接触端子部３６Ｂを接触させて通電することができるので、１次焼結体２４に確実に電流を流して自己発熱させることができる。また、通電する際の電圧を調整することで加熱速度等を簡単に調整することができる。
なお、１次焼結体２４は、焼結によって収縮変形することになるが、この収縮変形に伴って接続端子部３６Ｂが追従するように構成してもよい。あるいは、接続端子部３６Ｂおよび通電機構３６Ｃを、１次焼結体２４の搬送方向に複数設置し、１次焼結体２４を移動させながら加熱してもよい。このとき、１次焼結体２４の収縮変形に併せて搬送ローラ３６Ａの回転数を調整することになる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置について図７および図８を用いて説明する。
この第３の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置４０においては、第１焼結炉４５及び第２焼結炉４６が共通の炉体を有しており、この炉体には、１次焼結工程Ｓ２５を行うための抵抗加熱機構（図示なし）と２次焼結工程Ｓ２７を行う誘導加熱機構（図示なし）が備えられている。
また、スラリー２１をシート状に成形する成形部４２および発泡室４３が、脱脂炉４４、第１焼結炉４５および第２焼結炉４６（炉体）と連続的に配置されている。
【００４２】
この多孔質チタン焼結体製造装置４０では、成形部４２において、キャリアシート上にドクターブレード（塗布装置）を用いて長尺シート状成形体を成形する。この長尺シート状成形体を発泡室４３内に連続的に装入して長尺シート状発泡成形体を作製する。この長尺シート状発泡成形体をキャリアシートから分離して、表面にジルコニアまたはイットリアのコーティングが施された長尺のカーボンプレートの上に載置する。そして、カーボンプレート上に載置された長尺シート状発泡成形体を連続的に脱脂炉４４、第１焼結炉４５および第２焼結炉４６をなす共通の炉体内に装入し、脱脂工程Ｓ２４、第１焼結工程Ｓ２５および第２焼結工程Ｓ２７を連続して行う。
【００４３】
このような構成とされた第３の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体製造装置４０によれば、連続的に長尺の多孔質チタン焼結体が製出されることになり、生産効率を大幅に向上させることができる。また、第１焼結炉４５及び第２焼結炉４６が共通の炉体を有しているので、１つの炉体内において、第１加熱手段によって１次焼結体２４を作製するとともに第２加熱手段によって１次焼結体２４を高温で焼結して多孔質チタン焼結体を製出することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、原料粉末として、平均粒径５〜３０μｍの水素化チタン粉末と、水素化チタン粉末を脱水素処理することにより得られた平均粒径１０〜３０μｍの純チタン粉末の混合粉末を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他のチタン粉末を使用することができる。
【００４５】
また、有機バインダーとして水溶性のメチルセルロースまたはポリビニルアルコールを、発泡剤としてネオペンタン、ヘキサンおよびペプタンを、可塑剤としてグリセリンおよびエチレングリコールを、界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の有機バインダー、発泡剤、可塑剤、界面活性剤を用いてもよい。
【００４６】
さらに、第２の実施形態においては、接続端子部と搬送ローラとで１次焼結体を挟持する構成としたもので説明したが、これに限定されることはなく、プローブ状の接続端子部を１次焼結体に接触させてもよいし、搬送ローラの一部を接続端子部として用いてもよい。
また、製出される多孔質チタン焼結体のサイズは限定されることはなく、適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置を示す概略説明図である。
【図３】図２に示す多孔質チタン焼結体製造装置に備えられた第２焼結炉の説明図である。
【図４】図３に示す第２焼結炉の側面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置に備えられた第２焼結炉の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態である多孔質チタン焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態である多孔質チタン焼結体製造装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ２１ スラリー作製工程
Ｓ２、Ｓ１２、Ｓ２２ 成形工程
Ｓ３、Ｓ１３、Ｓ２３ 発泡工程
Ｓ４、Ｓ１４、Ｓ２４ 脱脂工程
Ｓ５、Ｓ１５、Ｓ２５ 第１焼結工程
Ｓ７、Ｓ１７、Ｓ２７ 第２焼結工程
１０、４０ 多孔質チタン焼結体製造装置
１１ スラリー作製部
１２、４２ 成形部
１３、４３ 発泡室（発泡処理部）
１４、４４ 脱脂炉
１５、４５ 第１焼結炉
１６、３６、４６ 第２焼結炉
１６Ｂ 誘導加熱コイル（誘導加熱機構）
３６Ｂ 接続端子部
３６Ｃ 通電機構
１８ 分離機構
２０Ａ キャリアシート（第１の支持体）
２０Ｂ 支持プレート（第２の支持体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程と、
前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体とする成形工程と、
前記成形体を加熱乾燥して発泡させることによって発泡成形体を作製する発泡工程と、
前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置した前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂工程と、
脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程と、
前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結工程と、
を備えていることを特徴とする多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記第１焼結工程と前記第２焼結工程との間に、前記１次焼結体を前記第２の支持体から分離する分離工程を備えていることを特徴とする請求項１に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記第２焼結工程は、誘導加熱によって前記１次焼結体を自己発熱させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記第２焼結工程は、通電加熱によって前記１次焼結体を自己発熱させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程において、長尺の前記第１の支持体の上に前記スラリーを塗布して長尺シート状成形体を成形し、
前記発泡工程において、前記長尺シート状成形体を加熱乾燥することにより発泡させて長尺シート状発泡成形体を作製し、
該長尺シート状発泡成形体に対して、前記脱脂工程、前記第１焼結工程および前記第２焼結工程を連続して行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項６】
チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合して得られたスラリーを用いた多孔質チタン焼結体の製造装置であって、
前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体を成形する塗布部と、
前記成形体を加熱乾燥して発泡させて発泡成形体を得る発泡処理部と、
前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置された前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂炉と、
脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結炉と、
前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結炉と、
を備えていることを特徴とする多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項７】
前記第１焼結炉と前記第２焼結炉との間に、前記第２の支持体と前記１次焼結体とを分離する分離機構を備えていることを特徴とする請求項６に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項８】
前記第２焼結炉は、誘導加熱機構を備えていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項９】
前記第２焼結炉は、前記１次焼結体に接触される接触端子部と、該接触端子部を介して前記１次焼結体に電流を通電する通電機構とを備えていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項１０】
前記第１焼結炉と前記第２焼結炉とは共通の炉体を有し、該炉体には、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して導電性を有する１次焼結体を作製する第１加熱手段と、前記１次焼結体を自己発熱させる第２加熱手段とが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項１】
チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合してスラリーを作製するスラリー作製工程と、
前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体とする成形工程と、
前記成形体を加熱乾燥して発泡させることによって発泡成形体を作製する発泡工程と、
前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置した前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂工程と、
脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結工程と、
前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結工程と、
を備えていることを特徴とする多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記第１焼結工程と前記第２焼結工程との間に、前記１次焼結体を前記第２の支持体から分離する分離工程を備えていることを特徴とする請求項１に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記第２焼結工程は、誘導加熱によって前記１次焼結体を自己発熱させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記第２焼結工程は、通電加熱によって前記１次焼結体を自己発熱させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程において、長尺の前記第１の支持体の上に前記スラリーを塗布して長尺シート状成形体を成形し、
前記発泡工程において、前記長尺シート状成形体を加熱乾燥することにより発泡させて長尺シート状発泡成形体を作製し、
該長尺シート状発泡成形体に対して、前記脱脂工程、前記第１焼結工程および前記第２焼結工程を連続して行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の多孔質チタン焼結体の製造方法。
【請求項６】
チタン粉末および水素化チタン粉末の少なくとも一方に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水および必要に応じて界面活性剤を混合して得られたスラリーを用いた多孔質チタン焼結体の製造装置であって、
前記スラリーを第１の支持体上に塗布して成形体を成形する塗布部と、
前記成形体を加熱乾燥して発泡させて発泡成形体を得る発泡処理部と、
前記第１の支持体から分離して第２の支持体上に載置された前記発泡成形体を加熱して脱脂する脱脂炉と、
脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱し、導電性を有する１次焼結体を作製する第１焼結炉と、
前記１次焼結体を非酸化雰囲気で前記第１焼結工程よりも高い温度で焼結して多孔質チタン焼結体を製出する第２焼結炉と、
を備えていることを特徴とする多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項７】
前記第１焼結炉と前記第２焼結炉との間に、前記第２の支持体と前記１次焼結体とを分離する分離機構を備えていることを特徴とする請求項６に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項８】
前記第２焼結炉は、誘導加熱機構を備えていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項９】
前記第２焼結炉は、前記１次焼結体に接触される接触端子部と、該接触端子部を介して前記１次焼結体に電流を通電する通電機構とを備えていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【請求項１０】
前記第１焼結炉と前記第２焼結炉とは共通の炉体を有し、該炉体には、脱脂された前記発泡成形体を非酸化雰囲気で加熱して導電性を有する１次焼結体を作製する第１加熱手段と、前記１次焼結体を自己発熱させる第２加熱手段とが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の多孔質チタン焼結体の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１０２７０１（Ｐ２００９−１０２７０１Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７６１５５（Ｐ２００７−２７６１５５）
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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