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公開番号2025109155
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024020701
出願日2024-01-11
発明の名称岩石破砕物から舗装用のn型半導体骨材およびp型半導体骨材の製造方法
出願人個人
代理人
主分類C04B 14/06 20060101AFI20250716BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】道路舗装表層用混合物の骨材をp型半導体およびn型半導体で工業的に製造する方法を提供する。
【解決手段】岩石を破砕した破砕粒の直径が20mmから3mmまでの岩石粒であり、その岩石組織の開放気孔率が5%以下であり、かつ道路骨材試験のすり減り用骨材試験のロスアンゼルスすり減り試験のすり減り減量値が15%以下であり、本岩石組織の結晶構造が石英(Quartz)を含むものであり、本品を575℃以上の温度で加熱して、原石組織の結晶組織相を転移させ、同質異像のクリストバル石あるいはトリジマイト相へ転移させ、冷却乾燥後に、冷却物を5価の金族化合物溶液に浸し、常温で24時間以上浸漬させた後、乾燥し、乾燥物を1020℃以上の温度で加熱して、石骨材の金属化合物溶液の浸漬部に5価金属の固溶体組織を形成させ、冷却乾燥した後、未反応部の5価金属化合物を水で洗浄し、乾燥した骨材粒がn型半導体を含む骨材である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
岩石を破砕して得られる破砕粒の最大直径が２０ｍｍで、最小直径が３ｍｍ範囲の岩石粒であり、その岩石組織の開放気孔率すなわち吸水率が５％以下であり、かつ道路骨材試験のすり減り用骨材試験のロスアンゼルスすり減り試験（ＪＩＳＡ１１２１）のすり減り減量値が１５％以下の岩石であり、本岩石組織の結晶構造が石英（Ｑｕａｒｔｚ）を含むものであり、本品を５７５℃以上の温度で加熱して、原石組織の一部または全部の結晶組織相を転移させ、同質異像のクリストバル石（Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ）あるいはトリジマイト（Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ）相へ転移させた後、本品を冷却乾燥後に、本冷却物を５価の金族化合物溶液に浸し、常温で２４時間以上浸漬させた後、浸漬物を乾燥し、本乾燥物を１０２０℃以上の温度で加熱して、本岩石骨材の金属化合物溶液の浸漬部に５価金属の固溶体組織を形成させ、その後、冷却乾燥した後、未反応部の５価金属化合物を水で洗浄し、乾燥した骨材粒がｎ型半導体を含む骨材である発明。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
岩石を破砕して得られる破砕粒の最大直径が２０ｍｍで、最小直径が３ｍｍ範囲の岩石粒であり、かつその岩石組織の開放気孔率すなわち吸水率が５％以下であり、かつ道路骨材試験のすり減り用骨材試験のロスアンゼルスすり減り試験（ＪＩＳＡ１１２１）のすり減り減量値が１５％以下の岩石であり、本岩石組織の結晶構造が石英（Ｑｕａｒｔｚ）を含むものであり、本品を５７５℃以上の温度で加熱して、原石組織の一部または全部の結晶組織相を転移させ、同質異像のクリストバル石（Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ）あるいはトリジマイト（Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ）相へ転移させた後、本品を冷却乾燥後に、本冷却物を３価の金族化合物溶液に浸し、常温で２４時間以上浸漬させた後、浸漬物を乾燥し、本乾燥物を１０２０℃以上の温度で加熱して、本岩石骨材の金属化合物溶液の浸漬部に３価金属の固溶体組織を形成させ、その後、冷却乾燥した後、未反応部の３価金属化合物を水で洗浄し、乾燥した骨材粒がｐ型半導体を含む骨材である発明。
【請求項３】
アスファルトまたはセメントまたはペンキからなる骨材の結合材であって、かつ良好な導電性を有する材と［請求項１］および［請求項２］で製造した骨材の含む混合物を敷設した上にｐ型半導体骨材とｎ型半導体骨材を含む混合物を上下に層状に別々に接触させるように敷設し、太陽光が混合物にあたることで光起電力効果を得て、敷き設してある電流良導体の金網を通して電力を得る発明。

発明の詳細な説明【】
地球上の各地に存在する舗装道路の表層は、舗装用骨材とその接合材を混合して舗装用混合物を製造し、それを敷設することにより舗装道路が完成することが多い。また地球に降り注ぐ太陽光はこの舗装道路面に無限に降り注いでいる。
本発明は舗装道路を構成する舗装造成物の主原料である舗装用骨材の一部または全部をｐ型半導体骨材およびｎ型半導体骨材とすることで、その接触部分が半導体のｐｎ接合となり、本場所が太陽光を受けることにより光起電力効果により無限の太陽エネルギーを電力を取り出す画期的な人類へ貢献する発明である。
【舗装用骨材の強度】
【】
舗装道路においては、交通車両の転動するタイヤから受ける交通荷重に舗装材を構成する骨材が耐えなければ、舗装用骨材としては採用されない。この場合の岩石骨材の強度は主に、耐摩耗性であり、耐候性である。同時に経済性がなければ採用されない。
【発明の内容】
【】
本発明の内容を以下の項目別に分けて説明する。
【技術分野】
【】
［技術分野１－概要］これまで道路舗装表層用混合物の骨材をｐ型半導体およびｎ型半導体で工業的に製造することは技術的にも経済的にも困難であると考えられてきた。しかし、本発明はこの考えを根底から覆す、経済的にかつ容易に工業的に大量かつ安価に製造することが可能となる画期的な人類に貢献する発明である。
［技術分野２－半導体骨材製造に供する岩石砕石の粒度範囲］
本発明は、岩石破砕粒を高温処理する前の粒度範囲を最大直径を２０ｍｍとした理由は、アスファルト舗装における表層材においてはアスファルト混合物の最大直径は２０ｍｍ（５号サイズ）が一般的であるので、高温加熱する前の砕石粒の最大直径を２０ｍｍとした。
砕石粒の高温処理前の粒度範囲を最小直径を３ｍｍとした理由は、砕石粒を高温処理した時に、高温処理工程で砕石粒が融着して、菓子のオコシのように砕石粒が互いに融着する状態が発生するのをを減少させるためである。すなわち元岩に含まれる低融点物質による融着を防止すること、および砕石粒同士の接触面積を減少させて、融着面積を減少させることにある。
［技術分野３－同質異像・相転移により浸漬溶液との接触面積の増大］
原石を破砕し、直径が２０ｍｍ～３ｍｍを取り出して、加熱により原石組織の一部または全部を同質異像状態の石英相からをトリジマイトおよびクリストバライトに転移させることで、本品の吸水率・開放気孔率が元岩より大きくなり、表面積が増加することで浸漬溶液との接触面積が増加し、他物質との反応性が良くなる。
骨材の表面積が増加することで３価および５価の金属化合物溶液に浸漬した時に浸漬溶液と砕石組織の接触面積が増えて、固溶体進行反応によるドーピング反応が進行する。
［技術分野４－相転移による浸漬溶液と反応性の増大］
石英相組織から、同質異像の組織に変化することで、元岩組織に対して体積変化が発生し、表面積が増加することで他物質との接触面積が増加し、化学反応性が増大し、ドーピングによる固溶体相が作りやすくなる効果がある。
［技術分野５－太陽光を受け、ｐｎ接合半導体部で発生する電力の収集法］
発生する電力をできるだけ無駄なく収集することが経済的であるので、ｐ型半導体およびｎ型半導体混合物の施工時に通電性の良い、かつ経済的に安価な金網であるアルミニウム製、または銅製の網を敷設し、本金網を通じて発生電流を引出し、集約して集めた端部より電力を収集する電力の収集法。
［技術分野６―金網の目開き巾］
Ｐ型半導体骨材およびｎ型半導体骨材と金網との接触面積は大きいほど効果的であるが、経済的には金網の重量が少ない方が良く、製造が容易な構造と巾が良いので、本骨材の最大直径の２０ｍｍの２倍である４０ｍｍが望ましい。
【本発明が解決する課題】
【】
本発明の課題は如何に安全で安く電力を収集するか、工業化への課題である。
［課題１―未使用石英岩（シリカ質岩石）砕石の利用］
舗装用の骨材の性質を満足し、如何に安価に砕石を取得するかは舗装用混合物製造の課題である。本発明によって未使用石英岩（シリカ質岩石）砕石の利用して、ｐ型半導体骨材およびｎ型半導体骨材製造へ利用することが可能となった。
シリカ質砕石をアスファルト混合物骨材に使用すると、本混合物を使用した舗装造成舗装体が供用中に雨水による剥離現象を発生し易いので、骨材のアスファルト剥離試験で不合格の砕石は使用しないのが原則である。やむを得ず使用する場合にはアスファルト混合物製造過程で舗装物混合物製造プラントにおいて消石灰・Ｃａ（ＯＨ）
２
を混入することで供用中の雨水による剥離現象を少なくすることが可能であるが、混合物製造のコストアップになる。経済的に負担増となるので不採用である。近隣に骨材に適した岩石がない時はやむを得ず採用している。
本発明では、地殻に多量に存在するシリカ質岩石を源材料とすることで産業界に多大の貢献をするものである。
［課題２―岩石から舗装用のｐ型半導体骨材およびｎ型半導体骨材の製造］
岩石から舗装用のｐ型半導体骨材およびｎ型半導体骨材の製造は困難で現実的には経済的に製造することは出来ないと考えられてきたことを、本発明で容易に解決することを発明したことである。
【課題を解決するための手段】
【】
石英を含む元岩を砕石とし、３価または５価の金属化合物溶液を同質異像で石英が転
移した砕石に浸透させ、乾燥、高温加熱により転移した原石組織の同質異像の結晶形へ３価および５価の金属固溶体を生成させて舗装用骨材を製造することが可能となったことは人類にとって多大の貢献する発明。
【発明の効果】
【】
舗装道路から無限に存在する太陽光からｐ型半導体骨材骨材混合物とｎ型半導体骨材を舗設し、光起電力効果を利用することで、両半導体の接合部から発生する電流を取り出して電力として利用する発明であり、人類生存のために無限のエネルギーを取り出す効果がある。
【実施例】
【】
［実施例―１］舗装表層用ｐｎ半導体骨材の製造
直径が５０ｃｍ～２０ｃｍのケイ石塊を２０トンをジョウクラッシャーで大人の拳大に破砕し、本破砕物をインパクトクラッシャーで破砕し、直径が２０ｍｍ～３ｍｍの砕石粒を５トン取出し、アルミナ製容器に入れ、高温１１００℃の焼成炉で５時間焼成し、焼成後自然冷却し、この中から冷却品を２００ｋｇ取出し、１００ｋｇに２等分し、それぞれの焼成物骨材を３価の金属化合物（硝酸塩２０℃飽和溶液）溶液と５価の金属化合物（硝酸塩２０℃飽和溶液）溶液に別々に２４時間浸漬し、浸漬後乾燥し、それぞれアルミナ製容器に入れて、１１６０℃以上の高温焼成炉で２時間焼成加熱し、焼成後常温まで冷却した後、別々に容器に入れ清水で洗浄し、清水洗浄のＰＨが飲用水と同じになるまで洗浄し、舗装表層用混合物用の骨材を得る。
１１６０℃以上で高温処理した理由は、元岩砕石の未転移部を転移促進させ、浸漬させた金属化合物との固溶体反応を促進させるためである。
なお、結晶の高温転移は被熱温度と被熱時間と結晶に含まれる不純物の内容により異なり、どの方法処理かは、順次研究結果により経済的な方法が見出されるものである。
［実施例―２］ｐｎ結合半導体骨材舗装体の造成試験
絶縁物で囲った縦横９００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、の木枠を厚み１０ｍｍのベニヤ板上の木枠場所にアルミ製の縦横とも４０ｍｍ目開きの金網を２枚用意し、１枚を敷設し、本金網の一端を電流引出し用として木枠の外に引き出した。
本発明の（請求項１）で開発した（ｎ型半導体）骨材を１３ｍｍ（６号砕石粒サイズ）篩を通過した骨材２０ｋｇを金網上に散布し、金網と骨材の接触を十分になるように敷き並べた。
別途、本発明の（請求項２）で開発した（ｐ型半導体）骨材を１３ｍｍ（６号砕石粒サイズ）篩を通過した骨材３６ｋｇを採取した。混合物製造のためストレートアスファルト２ｋｇに２００メッシュパス５０％の銀粉２０ｇｒを１６５℃に加熱した本アスファルト混合し、さらに２０ｍｍの長さに切断したカーボン繊維１０ｇｒを混合した。
本混合物を骨材３６ｋｇと混合した。
本混合物３８ｋｇ取出し、２分し、１９ｋｇづつを取出し事前に制作したｎ型半導体敷設物体上に敷き並べた。本金網の一端を電流引出用として木枠の外に引き出した。
本敷設した金網上に残部のｐ型半導体骨材アスファルト混合物を敷設した。
本敷設した混合物の表面存在するｐ型半導体骨材へ太陽光が効率よく照射し、光起電力効果されるように、敷設した骨材表面をアスファルト溶剤で拭き取り、太陽光が直接骨材に照射さえるようにした。本試験体を太陽が照射している場所に運び、２枚の金網を電流計で結び、発生電流を確認した。
【発明品の経済性】
【】
例１：原石骨材
ケイ石質舗装用骨材の本試験では材料費および実験費用が高価で、経済的に採算が取れていないが、本発明品を工業化すれば、工業化の過程でどんどん製造原価は低下する。
例えば、基本原料の原石は、ケイ石を使用しないで他の火山岩、半深成岩、深成岩を採掘供給条件で選び、原石の化学成分、物理的強度を検討し、原石組織の高温転移条件を検討してから焼成温度、焼成時間、設備投資費用を最終的に検討し、効率的な舗装方法を決めることで、最終経費と発生電力費のバランスが成り立つ時点で世界中に普及する。
【図面の簡単な説明】
【】
舗装用骨材の岩石破砕物断面モデル図１は、舗装用骨材の岩石破砕物の断面モデルである。数１は、岩石骨材に存在する骨材表面から内部組織に通じる亀裂である。数２は、骨材本体を示している。
図１の骨材を高温処理した後の断面モデル図２は、図１の骨材を高温処理（５７５℃）した後の断面モデルである。数３は、図１の骨材を高温処理（５７５℃）した後の組織変化により、体積変化をした部分を示している。数４は、高温処理した結果、新たに発生した亀裂を示している。
図２の骨材の３価金属の固溶体生成組織図３は、図２の骨材の３価金属固溶体生成組織部分の断面を示している。数５は、３価金属の固溶体生成組織部分である。骨材の表層部分と内部亀裂部分へ浸透した３価金属化合物溶液の金属部が高温処理により固溶体を生成した部分を示している。
図２の骨材の５価金属の固溶体生成組織図２の骨材の５価金属の固溶体生成組織部分の断面を示している。数６は、５価金属の固溶体生成組織部分である。骨材の表層部分と内部亀裂部分へ浸透した５価金属化合物溶液の金属部が高温処理により固溶体を生成した部分を示している。
ｐｎ接合半導体の光起電力集用の敷設金網図５は、ｐｎ接合半導体の光起電力集用の敷設金網を示している。数７は、ｐｎ接合半導体の光起電力集用の敷設金網である。数８は、数７を流れる電流を１か所集めるための集電線である。数９は、敷設用金網の幅である。

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