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発明の名称 衛生陶器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−287981(P2001−287981A)
公開日 平成13年10月16日(2001.10.16)
出願番号 特願2000−102027(P2000−102027)
出願日 平成12年4月4日(2000.4.4)
代理人
発明者 加藤 良輔 / 石川 秀美 / 古賀 直樹
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 陶磁器素地と、前記素地上の必要な部分に釉薬層が形成されてなる衛生陶器であって、前記素地を構成する主成分の組成がSiO2:45〜70重量%、Al23:25〜50重量%であり、前記素地中には、さらにアルカリ金属酸化物及びCaO、MgO、BaO、BeOからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属酸化物が併せて6重量%以下含有されており、前記素地中におけるアルカリ金属酸化物量は2重量%以下であり、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分としてNa2Oを、任意成分としてK2Oを含有し、かつ、Na2OとK2Oとの合計量に対してNa2Oが20重量%以上であることを特徴とする衛生陶器。
【請求項2】 前記素地中における前記アルカリ土類金属酸化物のうちMgOは2重量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の衛生陶器。
【請求項3】 前記素地には、さらに、結晶として石英、クリストバライト、ムライト、コランダムからなる群から選ばれる少なくとも1種の鉱物が含有されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の衛生陶器。
【請求項4】 前記素地は、φ14×130mmのテストピースを作製し、そのテストピースを用いてオートグラフによりスパン100mm、クロスヘッドスピード2.5mm/minの条件で、3点曲げ試験したときに算出される曲げ強度が50MPa以上であり、かつ、幅25mm、厚み5mm、長さ230mmのテストピースを作製し、そのテストピースをスパン200mmの2点で支持し、1000℃まで4時間で昇温し、さらに1200℃まで2時間で昇温し、1200℃で1時間保持した後、室温まで自然冷却したときのテストピースのたわみ量が10mm以下であることを特徴とする請求項1〜3に記載の衛生陶器。
【請求項5】 前記素地は、テストピースを作製したときの長手方向の線熱膨張係数が90×10-7/℃以下であることを特徴とする請求項1〜4に記載の衛生陶器。
【請求項6】 前記素地は、テストピースを作製したときの嵩密度が2.1g/cm3以下であることを特徴とする請求項1〜5に記載の衛生陶器。
【請求項7】 前記素地中における前記結晶のうち石英は20重量%以下であることを特徴とする請求項5又は6に記載の衛生陶器。
【請求項8】 請求項1〜7に記載の衛生陶器であって、SiO2、Al23を主成分とする窯業原料と、Na、K、Liなどのアルカリ金属を含有し少なくともNaがKの量よりも多量に含有する鉱物とを混合し粒度調整を行うことにより素地原料を作製する素地調製工程と、前記素地原料により成形素地を形成する成形工程と、前記成形素地を乾燥する乾燥工程と、前記成形素地上の必要な部分に釉薬を適用する施釉工程と、焼成工程とを含む工程により作製可能な衛生陶器。
【請求項9】 前記素地の、幅25mm、厚み5mm、長さ230mmのテストピースの作製過程における焼成前後の長手方向の収縮量が8%以下であることを特徴とする請求項8に記載の衛生陶器。
【請求項10】 前記Na、K、Liなどのアルカリ金属を含有し少なくともNaがKの量よりも多量に含有する鉱物は、ソーダ長石、ネフェリン、炭酸ソーダ、硼砂、氷晶石のいずれかであることを特徴とする請求項8又は9に記載の衛生陶器。
【請求項11】 前記成形工程における成形方法が泥漿鋳込み成形であることを特徴とする請求項8〜10に記載の衛生陶器。
【請求項12】 前記衛生陶器は、洗面器、小便器、大便器、ベビーバス、手洗器、便器タンク、便器サナ、流し、シャワーパンのいずれかであることを特徴とする請求項1〜11に記載の衛生陶器。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、洗面器、小便器、大便器、ベビーバス、手洗器、便器タンク、便器サナ、流し、シャワーパンなどの衛生陶器に関する。
【0002】
【従来の技術】洗面器、小便器、大便器、ベビーバス、手洗器、便器タンク、便器サナ、流し、シャワーパンなどの衛生陶器は生活用品であり、そのため、どんなに体重の重い人でも体重を預けて安心して使用可能な機械的強度が要求される。また、意匠性も要求される。さらに、上記商品は、水回りで使用されるために、化学的安定性も要求される。そのため、古くから、衛生陶器には、施釉された陶磁器、とりわけ、1度の焼成で釉薬層による色彩や模様に基づく意匠性の自由度までをも確保しやすい1100〜1300℃の温度で焼成することにより充分な機械的強度を確保できる施釉された硬質陶器質素地、熔化質素地が一般的に用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質陶器質素地や熔化質素地を上記温度で焼成した場合、充分な強度を得られる反面、焼成収縮や焼成変形が大きかった。そのために、焼成後の製品形状や寸法を正確に設計するのが困難となり、形状に基づく意匠性の付与や機能性の付与の上での自由度が制約されていた。また、製品の形状によっては、上記収縮や変形が、クラックの発生や、形状のバラツキや、寸法精度の悪化を招き、引いては歩留まりを低下させる原因となる場合があった。さらに、焼成前の成形体の体積が大きいため、窯詰め効率がその分悪化し、生産性が充分に良好とは言い難かった。
【0004】一方、焼成収縮及び変形を極力抑えるためには、素地中のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などのいわゆるフラックス成分を極力減少させるか、もしくは、焼成温度を低く設定し、いわゆる焼きを甘くすることにより可能であるが、その場合、素地全体が多孔質で熔化が不十分な陶器質素地となるため、強度が低下する問題が生じる。本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、素地部の焼成収縮、変形を極力抑えつつ、機械的強度を向上した衛生陶器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成すべく、本発明では、陶磁器素地と、前記素地上の必要な部分に釉薬層が形成されてなる衛生陶器であって、前記素地を構成する主成分の組成がSiO2:45〜70重量%、Al23:25〜50重量%であり、前記素地中には、さらにアルカリ金属酸化物及びCaO、MgO、BaO、BeOからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属酸化物が併せて6重量%以下含有されており、前記素地中におけるアルカリ金属酸化物量は2重量%以下であり、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分としてNa2Oを、任意成分としてK2Oを含有し、かつNa2OとK2Oとの合計量に対してNa2Oが20重量%以上であることを特徴とする衛生陶器を提供する。フラックス成分であるアルカリ金属酸化物及びCaO、MgO、BaO、BeOからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属酸化物の量を6重量%以下にし、かつ、フラックス成分のうちで熔融反応の促進性の高いアルカリ金属酸化物量を2重量%以下にすることで、焼成収縮、変形を極力抑えることができる。さらに、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分としてNa2Oを、任意成分としてK2Oを含有し、かつNa2OとK2Oとの合計量に対してNa2Oが20重量%以上、好ましくは40重量%以上であるようにすることで、少量のフラックス量でも充分な機械的強度を得ることが可能となる。
【0006】本発明の好ましい態様においては、素地中における前記アルカリ土類金属酸化物のうちMgOは2重量%以下であるようにする。フラックス成分のうち、熔融反応の促進性は高いが、機械的強度向上への寄与の低いMgO成分を2重量%以下にすることで、焼成収縮、変形を極力抑えつつ、充分な機械的強度を得ることが容易となる。
【0007】本発明の好ましい態様においては、前記素地には、さらに、結晶として石英、クリストバライト、ムライト、コランダムからなる群から選ばれる少なくとも1種の鉱物が含有されているようにする。そうすることで、粒子分散強化機構(クラックデフレクション効果等)が働くので、素地の強度が大きくなる。
【0008】本発明の好ましい態様においては、前記素地は、テストピースを作製したときの長手方向の線熱膨張係数が90×10-7/℃以下にする。そうすることで、一般的に衛生陶器に使用されている釉薬とのマッチングが良く、釉飛び、貫入などの釉薬面の欠点が発生しにくくなる。また、素地自体の焼成工程時の冷却過程における素地切れを抑制し、さらに耐熱衝撃性が向上する。
【0009】本発明の好ましい態様においては、前記素地中における前記結晶のうち石英は20重量%以下であるようにする。石英を20重量%以下にすることにより、線熱膨張係数が90×10-7/℃以下となり、釉飛び、貫入などの釉薬面の欠点が発生しにくくなる。また、素地自体の焼成工程時の冷却過程における素地切れを抑制し、さらに耐熱衝撃性が向上する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の具体的な一実施態様について説明する。本発明の衛生陶器は、陶磁器素地と、前記素地上の必要な部分に釉薬層が形成されている。ここで、必要な部分とは、例えば、生活用品として色彩、模様、質感等の意匠性を持たせたい部分や、衛生性を強化したい部分などであり、便器の洗浄面やリム部、便器タンク外面、洗面器のボール面や上面などである。
【0011】衛生陶器の素地は、その構成する主成分の組成がSiO2:45〜70重量%、Al23:25〜50重量%であり、前記素地中には、さらにアルカリ金属酸化物及びCaO、MgO、BaO、BeOからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属酸化物が併せて6重量%以下含有されており、前記素地中におけるアルカリ金属酸化物量は2重量%以下であり、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分としてNa2Oを、任意成分としてK2Oを含有し、かつNa2OとK2Oとの合計量に対してNa2Oが20重量%以上であるようにする。そうすることで、焼成収縮、変形を極力抑えつつ、大きな機械的強度を保持させることができる。焼成変形に関しては、幅25mm、厚み5mm、長さ230mmのテストピースを作製し、そのテストピースをスパン200mmの2点で支持し、1000℃まで4時間で昇温し、さらに1200℃まで2時間で昇温し、1200℃で1時間保持した後、室温まで自然冷却したときのテストピースのたわみ量が10mm以下にすることが可能である。焼成収縮に関しては、前記素地の、幅25mm、厚み5mm、長さ230mmのテストピースの作製過程における焼成前後の長手方向の収縮量が8%以下にすることが可能である。そして、上記焼成変形、焼成収縮の条件を満たしつつ、機械的強度に関しては、φ14×130mmのテストピースを作製し、そのテストピースを用いてオートグラフによりスパン100mm、クロスヘッドスピード2.5mm/minの条件で、3点曲げ試験したときに算出される曲げ強度が50MPa以上の大きな強度が保持可能である。
【0012】更に上記条件を満たしつつ、テストピースを作製したときの熱膨張係数をさらに、上記条件を満たしつつ、テストピースを作製したときの嵩密度を2.1g/cm3以下にすることが可能となり、軽量化も図ることができる。
【0013】上記衛生陶器は、SiO2、Al23を主成分とする窯業原料と、Na、K、Liなどのアルカリ金属を含有し少なくともNaがKの量よりも多量に含有する鉱物とを混合し粒度調整を行うことにより素地原料を作製する素地調製工程と、前記素地原料により成形素地を形成する成形工程と、前記成形素地を乾燥する乾燥工程と、前記成形素地上の必要な部分に釉薬を適用する施釉工程と、焼成工程とを含む工程により作製可能である。
【0014】ここで、窯業原料とは、通常の熔化質素地原料として使用されている原料、および、耐火物原料として使用されている原料の双方をさす。ここで、熔化質素地原料とは、例えば、陶石、長石、珪石、雲母、カオリン、蛙目粘土、木節粘土、ドロマイトなどであり、耐火物原料とは、例えば、蝋石、バン土頁岩、シャモット、蝋石粘土、耐火粘土、フリントクレー、ボーキサイト、マグネシアクリンカーなどである。
【0015】また、Na、K、Liなどのアルカリ金属を含有し少なくともNaがKの量よりも多量に含有する鉱物としては、例えば、ソーダ長石、ネフェリン、炭酸ソーダ、硼砂、氷晶石等の天然鉱物や硝酸ソーダ、珪弗化ソーダなどが使用可能である。天然鉱物を用いる方が経済的であり、好ましい。
【0016】上記鉱物と上記窯業原料とを混合し粒度調整を行う方法としては、例えば、下記の方法が利用できる。
(1)上記鉱物と上記窯業原料とを、ボールミル等に投入後、一括で混合粉砕する。
(2)上記鉱物と上記窯業原料とを、別のボールミルにて粉砕後に、混合する。
【0017】成形工程には、泥漿鋳込み成形法、乾式プレス成形法、湿式プレス成形法、CIP成形法、射出成形法、押出成形法、ろくろ成形法等利用できるが、泥漿鋳込み成形法が特に好ましい。衛生陶器は大型複雑形状品が多いが、泥漿鋳込み成形法では、それらを容易に成形可能だからである。泥漿鋳込み成形法における圧力印加手段としては、型吸引力、ヘッド圧、加圧、真空吸引を単独或いは複数組合せて利用可能である。成形型には、石膏型、樹脂型等が利用できる。また、場所により、一重成形と二重成形を使い分けるようにしてもよい。
【0018】乾燥工程は、室温から110℃程度の温度で行うのが好ましい。施釉工程は、スプレー法、ディップ法等の方法が利用可能であるが、特にスプレー法が好ましい。焼成工程では、1000〜1300℃の温度で焼成するのが好ましい。
【0019】
【実施例】図1に素地調製に使用したアルカリ金属含有鉱物と化学分析値を示す。素地調製方法は、所定の原材料を秤量し、水35部と解膠剤として珪酸ソーダを適量添加したものをポットミル中で湿式粉砕し、平均粒径を6μmに調整した。ここで、強度の向上に寄与するNa、K、Liなどのアルカリ金属を含有し少なくともNaがKの量よりも多量に含有する鉱物として、ソーダ長石を選択した。次に、原料スラリーを物性測定用サンプルの所定形状に成形可能な石膏型に流し込み、着肉成形後に脱型し、テストピースを成形した。テストピースは、40℃で24時間乾燥した後、電気炉で1000℃まで4時間、1200℃まで2時間で昇温し、1200℃で1時間保持後、自然冷却するヒートカーブにより焼成した。
【0020】素地曲げ強度は、φ14×130mmのテストピースにより、島津製オートグラフにより、スパン100mm、クロスヘッドスピード2.5mm/minの条件で、3点曲げ方法で試験したときに算出される値である。
【0021】焼成変形量は、幅30mm、厚み15mm、長さ260mmのテストピース(未焼成素地)を焼成時にスパン200mmで支持しておき、焼成後のたわみ量とテストピースの厚みを測定した値である。このときのたわみ量は焼成後のテストピースの厚みの二乗に反比例するため、次式で厚みが10mmの時に換算したたわみ量を変形量としている。焼成変形量=たわみ量測定値×(焼成後のテストピースの厚み)2/102【0022】再加熱時の変形量は、幅25mm、厚み5mm、長さ230mmのテストピース(焼成素地)をスパン200mmの2点で支持し、1000℃まで4時間で昇温し、さらに1200℃まで2時間で昇温し、1200℃で1時間保持した後、室温まで自然冷却したときのテストピースのたわみ量を再加熱時の変形量とする。ただし、テストピースの厚みが5mmになっていない場合については、たわみ量はテストピースの厚みに反比例するので、補正した値を再加熱時の変形量とする。その補正方法は、2種類の異なる厚みのテストピースで再加熱時の変形量を実測し、次式でnを算出し、さらにテストピースの厚みが5mmのときの再加熱時の変形量を求める。
変形量2=変形量1×(厚み1/厚み2)n変形量1:厚み1のテストピースでの再加熱時の変形量変形量2:厚み2のテストピースでの再加熱時の変形量n:補正のための係数【0023】嵩密度は、アルキメデス法により測定する。幅25mm、厚み5mm、長さ20mmのテストピース(焼成素地)を105℃で24時間乾燥した後、テストピースが吸湿しない環境下で室温まで冷却し、質量W1を測定する。次にテストピースを真空中に1時間保って、気泡を放出させる。さらに同環境下において、テストピースを水中に1時間保った後、常温に戻す。次に、このテストピースを水中に細い糸で自由に吊るしたまま秤量し、質量W2を測定する。その後、これを水中から取出し、絞った湿布で手早く表面の水滴を拭い去り、直ちに質量W3を測定する。嵩密度は水密度、W1、W2、W3から次式で求める。
嵩密度=水密度×W1/(W3−W2)
【0024】図2に比較例1〜3および実施例1、2の物性値を示す。比較例1は、素地自体のアルカリ金属酸化物量、アルカリ土類金属酸化物量を極力減少させた調合である。比較例1の調合には、陶石、カオリン、蛙目粘土、チャイナクレーを素地原料として使用した。比較例1は、素地のアルカリ金属酸化物の総量が0.9重量%であり、焼成収縮率は4.9%、変形量は4.0mmであり、曲げ強度は31.9MPaである。このように焼成収縮率、変形量は小さいが、強度も低い。
【0025】比較例2は、比較例1に、カリ長石を添加し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が1.5重量%になるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は5.4%、変形量は5.1mmであり、曲げ強度は40.9MPaであった。比較例3は、比較例2と同様の方法で、比較例1に、カリ長石を添加し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が2重量%になるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は6.5%、変形量は7.9mmであり、曲げ強度は49.7MPaであった。
【0026】実施例1は、比較例1に、ソーダ長石を添加し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が1.5重量%になるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は5.6%、変形量は5.9mmと充分に小さな条件で、曲げ強度は56.5MPaと大幅に向上する。実施例2は、実施例1と同様の方法で、比較例1に、ソーダ長石を添加し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が2重量%になるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は7.4%、変形量は10.0mmであり、曲げ強度は73.4MPaと大幅に向上する。このように、アルカリ金属酸化物として、Na2Oを鉱物中に多量に含有したソーダ長石を選択することで、焼成収縮率の増加に対して強度が大幅に向上する。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、素地部の焼成収縮、変形を極力抑えつつ、機械的強度を向上した衛生陶器を提供することが可能となる。




 

 


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