(57)【要約】    【課題】  それ自身が発熱手段を有し、発熱を行なうことが可能なセラミックタイルを提供する。    【解決手段】  セラミックタイルを本体部１０と保護板１１とから構成し、本体部１０の上面に偏平な凹部１５を形成しておき、この凹部１５内に絶縁フィルム２１によって封止されたカーボングラファイトシート１２を埋設し、保護板１１で上記カーボングラファイトシート１２を覆う。そしてリード線２０および端子板１９を通して通電することにより、本体部１０の凹部１５内に収納されたカーボングラファイトシート１２がジュール熱によって発熱する。    【選択図】    図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘土を成形して焼成して成るセラミックタイルにおいて、
内部に発熱手段を埋設したことを特徴とするセラミックタイル。
【請求項２】
発熱手段がカーボングラファイトであって、通電によってジュール熱で発熱することを特徴とする請求項１に記載のセラミックタイル。
【請求項３】
カーボングラファイトがシート状をなし、しかも絶縁材料によって被覆されていることを特徴とする請求項２に記載のセラミックタイル。
【請求項４】
カーボングラファイトがシート状をなし、両面に電極を備え、該電極を介して高周波電圧を印加すると誘電加熱によって発熱することを特徴とする請求項２に記載のセラミックタイル。
【請求項５】
セラミックタイルの本体の表面に形成された凹部に前記発熱手段を収納保持し、しかも前記発熱手段の表面を覆うように保護板を接合することを特徴とするセラミックタイルの製造方法。
【請求項６】
セラミックタイルの本体上に発熱手段を配し、しかも該発熱手段の外表面にセラミック粒子を溶射して保護層を形成することを特徴とするセラミックタイルの製造方法。
【請求項７】
本体部を構成する粘土材と、保護板を構成する粘土板とによって発熱手段を挟んで焼成することを特徴とするセラミックタイルの製造方法。
【請求項８】
粘土を成形して焼成して成るセラミックタイルにおいて、
ベースシート上に形成された模様あるいは絵柄を外表面上に転写して形成したことを特徴とするセラミックタイル。
【請求項９】
ベースシート上への模様あるいは絵柄の形成がインクジェットプリンタによって行なわれることを特徴とする請求項８に記載のセラミックタイル。
【請求項１０】
インクジェットプリンタによってベースシート上に模様あるいは絵柄を形成し、該ベースシート上の模様あるいは絵柄をセラミックタイルの表面に転写することを特徴とするセラミックタイルの製造方法。
【請求項１１】
ベースシートの模様あるいは絵柄の転写が加熱下で行なわれることを特徴とする請求項１０に記載のセラミックタイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックタイルおよびその製造方法に係り、とくに粘土を成形して焼成して成るセラミックタイルとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の建造物の内装材あるいは外装材として、セラミックタイルが広く用いられている。セラミックタイルは、粘土に長石や石英等の粉末を加え、水を加えて所定の大きさの板状体に成形し、乾燥して釜で焼成し、さらに必要に応じて釉薬をかけて再び焼成するようにしている。なお釉薬を用いる場合には、その原料として、石英、長石、石灰石、カリオン、炭酸カリウム等であって、酸化塩や硼素を加えたものを用いるようにしている。
【０００３】
このようなセラミックタイルは、普通セラミック、陶器セラミック、磁器セラミック、石器セラミック等に分類される。普通セラミックは、不純の粘土を用い、素材が多孔質であって、釉薬をかけないで素焼きのままでそのまま用いる。陶器タイルはやや上質の粘土を用い、素地が多孔質であって吸水性があり、通常は釉薬をかけるようにしている。磁器タイルは上質の粘土を用い、素地が緻密であって、しかも吸水性がなく、半透明であって釉薬をかけたものが多い。石器タイルは、素地が緻密であって、吸水性がないが不透明で、多くは釉薬をかけてはいない。
【０００４】
従来のこの種のセラミックタイルは、内部がソリッドであって、しかもそれ自身が発熱手段を備えていない。従って例えば家屋の内装材等として用いる場合であって、その部分を暖房したい場合には、別の暖房手段を用いる必要があり、セラミックタイルそれ自身を暖房手段として用いる術はなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明の課題は、それ自身が発熱手段を備え、発熱することができるセラミックタイルを提供することである。
【０００６】
本願発明の別の課題は、外部に露出しない発熱手段によってセラミックタイルそれ自身を発熱させるようにしたセラミックタイルを提供することである。
【０００７】
本願発明のさらに別の課題は、低消費電力でしかも効果的に発熱を行なうことが可能なセラミックタイルを提供することである。
【０００８】
本願発明のさらに別の課題は、内部に埋設された発熱手段を確実に保護できるようにしたセラミックタイルを提供することである。
【０００９】
本願発明のさらに別の課題は、必要に応じて外表面に模様や絵柄等を形成できるようにしたセラミックタイルを提供することである。
【００１０】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされよう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の主要な発明は、粘土を成形して焼成して成るセラミックタイルにおいて、内部に発熱手段を埋設したことを特徴とするセラミックタイルに関するものである。ここで、発熱手段がカーボングラファイトであって、通電によってジュール熱で発熱するようにしてよい。またカーボングラファイトがシート状をなし、しかも絶縁材料によって被覆されてよい。またカーボングラファイトがシート状をなし、両面に電極を備え、該電極を介して高周波電圧を印加すると誘電加熱によって発熱するようにしてよい。
【００１２】
本願の別の発明は、セラミックタイルの本体の表面に形成された凹部に前記発熱手段を収納保持し、しかも前記発熱手段の表面を覆うように保護板を接合することを特徴とするセラミックタイルの製造方法に関するものである。
【００１３】
製造方法に関する別の発明は、セラミックタイルの本体上に発熱手段を配し、しかも該発熱手段の外表面にセラミック粒子を溶射して保護層を形成することを特徴とするセラミックタイルの製造方法に関するものである。
【００１４】
製造方法に関するさらに別の発明は、本体部を構成する粘土材と、保護板を構成する粘土板とによって発熱手段を挟んで焼成することを特徴とするセラミックタイルの製造方法に関するものである。
【００１５】
別のセラミックタイルに関する発明は、粘土を成形して焼成して成るセラミックタイルにおいて、ベースシート上に形成された模様あるいは絵柄を外表面上に転写して形成したことを特徴とするセラミックタイルに関するものである。ここで、ベースシート上への模様あるいは絵柄の形成がインクジェットプリンタによって行なわれるようにしてよい。
【００１６】
このような模様あるいは絵柄を有するセラミックタイルの製造方法に関する発明は、インクジェットプリンタによってベースシート上に模様あるいは絵柄を形成し、該ベースシート上の模様あるいは絵柄をセラミックタイルの表面に転写することを特徴とするセラミックタイルの製造方法に関するものである。ここで、ベースシートの模様あるいは絵柄の転写が加熱下で行なわれるようにしてよい。
【発明の効果】
【００１７】
本願の主要な発明は、粘土を成形して焼成して成るセラミックタイルにおいて、内部に発熱手段を埋設したものである。従ってこのような構成によれば、内部に埋設された発熱手段によって、このセラミックタイルそれ自身が発熱することになる。
【００１８】
とくに発熱手段がカーボングラファイトであって、通電によってジュール熱で発熱するようにした構成によると、内部に埋設されているカーボングラファイトから成る発熱手段が、通電によって発熱することになる。
【００１９】
またカーボングラファイトがシート状をなし、両面に電極を備え、該電極を介して高周波電圧を印加すると誘電加熱によって発熱するようにした構成によれば、内部に埋設されたカーボングラファイトシートが誘電加熱によって発熱することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１および図２は本実施の形態に係るセラミックタイルの構成を示すものであって、このセラミックタイルは、その主要部を構成する所定の厚さのパネル状の本体部１０と、上側に取付けられる保護板１１と、上記本体部１０と保護板１１との間に狭着保持されるカーボングラファイトシート１２とから構成され、内部に配されるカーボングラファイトシート１２が発熱手段を構成する。
【００２１】
ここで発熱手段を構成するカーボングラファイトシート１２は図１および図２に示されるように、本体部１０の上部に形成された凹部１５内に収納保持される。凹部１５はこのカーボングラファイトシート１２の厚さとほぼ等しい深さの浅い凹部である。そして凹部１５の外周側の所定の位置に対応するように切欠き１６が形成されており、後述するリード線を引出し得るようになっている。
【００２２】
これに対してその内側に埋設されるカーボングラファイトシート１２は天然の炭素系の素材である。炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）、および無定形炭素の形で安定に存在する。この内とくにグラフィトは、黒色不透明であって、六方晶系の結晶構造を有し、電気および熱の導体である。とくに天然に存在するグラファイトを圧延することによって、グラファイトシートが得られる。天然のグラフィトから圧延して製造したグラファイトシートは、低コストであることが特徴である。
【００２３】
なお天然グラファイトを用いる代りに、アクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。高分子材料から成るグラファイトシートは、柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手とのなじみが良好である利点を有している。従ってここで内部に埋設されて発熱するカーボングラファイトシート１２としては、天然のグラファイトから製作されたものの他、アクリロニトリル等を焼成したグラファイトシートを用いることができる。
【００２４】
このようなカーボングラファイトシート１２は、図３に示すように所定の形状に打抜かれるとともに、その接続端子を構成する両端側にそれぞれ銅板あるいは銅箔から成る端子板１９が取付けられる。そして端子板１９にはさらにリード線２０が接続される。しかもこのように端子板１９が取付けられたカーボングラファイトシート１２はとくに図４に示すように、その両面に絶縁フィルム２１が接合されて絶縁封止される。なおここで用いられる絶縁フィルムとしては、例えば液晶樹脂フィルム等の耐熱樹脂フィルムであってよい。なお絶縁フィルム２１によって絶縁封止する代わりに、カーボングラファイトシート１２の外表面に液晶塗料やエポキシ塗料、その他の耐熱樹脂塗料を塗布してもよい。
【００２５】
このようなカーボングラファイトシート１２を図１に示す本体部１０の凹部１５内に配し、その上に保護板１１を被せ、しかも保護板１１の下面を本体部１０の凹部１５の外周側の周縁部で接着剤によって接着固定する。するとこのセラミックタイルの内部にカーボングラファイトシート１２から成る発熱手段が埋設されるようになる。
【００２６】
カーボングラファイトシート１２の端子板１９と接続されるリード線２０は、上記本体部１０の切欠き１６を通して外部に引出されるために、このリード線２０を通してカーボングラファイトシート１２に対して通電を行なうことが可能になる。カーボングラファイトシート１２は、それ自身が所定の抵抗値を有するために、通電すると内部を電流が流れ、これによってカーボングラファイトシート１２がジュール熱で発熱する。従って内部に埋設されたセラミックタイルが発熱することになる。これによってそれ自身が発熱するセラミックタイルが提供される。
【００２７】
上記実施の形態のカーボングラファイトシート１２は、このカーボングラファイトシート１２内を電流を通すことによって、それ自身が有する抵抗値によってジュール熱で発熱を行なうものであるが、このような構成に代えて、誘電加熱によって発熱をすることも可能である。すなわち図５に示すように、カーボングラファイトシート１２の両側の表面にそれぞれ電極２３を接合し、しかもこれらの電極２３間に高周波電源回路２４を接続し、これによって電極２３を通してカーボングラファイトシート１２に高周波電圧を印加することになる。
【００２８】
このように両側の対向電極２３間に、誘電体を構成するカーボングラファイト層１２を挿入し、均一な高周波電界Ｅ［Ｖ／ｃｍ］を加えると誘電体中に次式で与えられる電力が消費される。
【００２９】
Ｐｏ＝ＫＥ２＝（５／９）・ｆεｓｔａｎδ・Ｅ２×１０−１２［Ｗ／ｃｍ３］
ここで、Ｋ：等価導電率［Ω−１・ｃｍ−１］、ｆ：周波数［Ｈｚ］、εｓ：比誘電 率、δ：誘電体損失角である。
【００３０】
このように消費電力、すなわち発熱量は、誘電体の大きさ、形状に関係なく、周波数ｆ，電界の強さＥの２乗およびεｓ・ｔａｎδに比例する。ここで、εｓ・ｔａｎδを損失係数といい、誘電体の種類、性質、状態、温度、周波数によって決まる。
【００３１】
従ってこのようなカーボングラファイトシート１２によると、高周波電源回路４５によって両側の電極２３に対して高周波電圧を印加し、これによって両側の電極２３によって挟まれたカーボングラファイト層１２に対して均一な高周波電界を加えると、カーボングラファイト層１２それ自身の内部損失によって電力が消費されるとともに、このような電力の消費に伴ってカーボングラファイト層１２それ自身が発熱する。
【００３２】
上記実施の形態は、カーボングラファイトシート１２を本体部１０の凹部１５内に収納し、上から保護板１１で覆うようにしていたが、このように２つの部材１０、１１を組合わせる構成に代えて、図６に示すように、セラミック粉末粒子の溶射によって保護層２８を形成してもよい。この場合には別部材から成る保護板１１が必要でなくなる。
【００３３】
図７はとくに保護層２８を形成するためのプラズマ・パウダー・スプレイ法による溶射装置を示しており、円筒状をなす本体３０の内部であってその中心側に形成されている空洞部分には、先端部に突出するように錐状の陰極３１が配される。そして陰極３１の先端部と対向するように、所定の間隙を隔ててリング状陽極３２が本体３０の内部に取付けられる。また本体３０の内部であって上記陰極３１および陽極３２の外周側にはウォータジャケット３３が形成され、冷却水供給口３４から供給されて冷却水排出口３５で排出される冷却水が循環するようになっている。またこの本体３０のノズルの先端側に側方に位置するように溶射材料供給パイプ３６が配される。
【００３４】
このような装置で、プラズマ・パウダー・スプレイによって溶射を行なうと、容易に保護層２８を形成できる。本体３０の空洞部に対して作動ガス供給口３９から作動ガスを供給すると、陰極３１と陽極３２との間に生ずるアーク３７によって、作動ガスが電離し、陽イオンと電子が混在した超高温のガスから成るプラズマジェット３８をこのノズルの先端側に噴射する。従って溶射材料供給パイプ３６から溶射材料の粉末を供給すると、上記プラズマジェット３８中で溶射材料が溶融加速され、これによって図６に示す本体部１０の上面であってカーボングラファイトシート１２を覆う位置に保護層２８が形成される。
【００３５】
図８は、ローカイド・ロッド・スプレイ法による溶射装置を示しており、ここでは本体４０内に一対の供給ロール４１が対向して配されるとともに、ノズル４２の内部には、ガス供給孔４３が形成され、さらにガス供給孔４３の外周側に圧縮空気供給孔４４が形成される。
【００３６】
上記一対の供給ロール４１によって狭着した状態で、セラミックロッドを徐々に押出すと、ノズル４２のガス供給孔４３から供給される酸素・アセチレンガスが圧縮空気供給孔４４から供給される圧縮空気中の酸素によって燃焼し、酸素・アセチレン炎中でセラミックロッドが溶解する。そしてその溶滴がこのノズル４２のエアジェットによって加速されて溶射される。従ってこれにより、本体部１０のカーボングラファイトシート１２の表面に保護層２８が形成される。この方法によると、溶融されたセラミック粒子だけが溶射されるために、粒子間結合力が高い薄膜が得られ、またプラズマ溶射法よりも低い低温での溶射が可能になる。
【００３７】
図９はサーモ・スプレイ法による溶射の装置を示しており、本体４７の中央部にガス供給孔４８が形成されるとともに、このガス供給孔４８に交差するように横方向から溶射材料粉末供給孔４９が連通接続される。そしてこの供給孔４９の外周囲にはガス供給孔５０が配される。
【００３８】
ガス供給孔５０を通して酸素−アセチレンガスを供給し、ガス供給孔４３から供給される搬送ガスによって溶射材料粉末供給孔４９から供給される溶射材料を送込むと、溶射材料の粉末が酸素−アセチレン炎中に送込まれ、噴射炎の流れに沿って加熱しながら溶射されることになる。従って本体部１０の凹部１５上のカーボングラファイトシート１２の表面に保護層２８が形成される。
【００３９】
図１０および図１１は、カーボングラファイトシート１２をセラミックタイル内に埋設するための別のプロセスを示している。ここでは焼成する前に、カーボングラファイトシート１２を埋設している。すなわち本体部を構成する粘土板５３と、保護板を構成する粘土板５４とをそれぞれ所定の形状に成形し、さらに本体部の粘土板５３の表面の凹部５５内にカーボングラファイトシート１２を収納する。そしてこの状態で、図１１に示すのぼり釜５６内に収納し、バーナ５７によってガス燃焼させ、これによって粘土板５３、５４を焼成させて本体部１０と保護板１１とを一緒に焼成する。従ってこの場合には、焼成した状態で、すでにカーボングラファイトシート１２が内部に埋設される。カーボングラファイトシート１２は上述の如く、カーボンであって、水素や酸素を含んでいないために、高温に耐える性質を持っている。従ってのぼり釜５６で焼成しても、カーボングラファイトシート１２それ自身が損傷することはない。またこのときにカーボングラファイトシート１２を被覆する絶縁フィルムの代わりに、ガラスクロス等によって包んで絶縁を行なうようにしてもよい。
【００４０】
次にセラミックタイルの表面に模様や絵柄を形成する方法について説明する。図１２に示すように、インクジェットプリンタ６０を用い、このインクジェットプリンタ６０に媒体としてベースシート６１を供給し、プリンタヘッド６２によって図１３に示すように所定の模様あるいは絵柄を形成する。なお、上記ベースシート６１上の模様あるいは絵柄は、転写によって左右が逆転するために、予めインクジェットプリンタ６０に供給する信号を左右逆転させておくようにするとよい。
【００４１】
このように所定の模様や絵柄のためのインク６７を付着させたベースシート６１を図１４に示すように、内部にカーボングラファイトシート１２を埋設したセラミックタイルの表面に重合わせ、上から加熱転写ロール６５によって加熱しながら加圧する。このときの加熱温度は１５０〜１８０℃程度の温度であることが好適である。またこのときに、セラミックタイルの表面を、プライマ処理しておくと、より良好な転写が可能になる。このような加熱転写ロール６５による転写によって、ベースシート６１上のインク６７が保護板１１の表面に転写される。
【００４２】
図１５はカーボングラファイトシート１２を埋設していない通常のセラミックタイルに対する転写を示している。すなわち通常のセラミックタイル６６の表面に、インクジェットプリンタ６０によって所定の模様あるいは絵柄を描いたベースシート６１を重合わせ、加熱転写ロール６５によって転写する。するとベースシート６１上の模様あるいは絵柄を形成しているインク６７がセラミックタイル６６の表面に転写されることになる。
【００４３】
図１６はカーボングラファイトシート１２を埋設し、表面を保護板１１によって覆ったセラミックタイルの保護板１１の表面に、模様あるいは絵柄を構成するインク６７を転写し、さらにその上に保護コート層６８を形成したものである。なお保護コート層６８としては、各種の樹脂材料やセラミック材料を用いることが可能である。またインク６７それ自体が剥離性を有していない昇華インクの場合には、保護コート層６８を形成する必要は必ずしもない。
【００４４】
図１７は内部にカーボングラファイトシート１２を埋設していない通常のセラミックタイル６６の外表面に、模様あるいは絵柄を構成するインク６７を形成したものであって、さらにその外表面に保護コート層６８を形成し、これによって転写された模様や絵柄が剥げないようにしている。
【００４５】
このようなカーボングラファイトシート１２を埋設するか、埋設していないセラミックタイルに対して、上述の如くインクジェットプリンタ６０で形成された絵柄を転写することにより、図１８に示すように、外表面に模様あるいは絵柄６７が形成されたセラミックタイルが得られる。
【００４６】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における、セラミックタイルの厚さや大きさについては、使用する目的や用途に応じて各種の変更が可能である。また表面に模様や絵柄を形成する場合にも、各種の模様や絵柄の形成が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本願発明は、建築用材料、あるいは建物の外装材、内装材としてのセラミックタイルに広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】セラミックタイルの分解斜視図である。
【図２】同セラミックタイルの縦断面図である。
【図３】カーボングラファイトシートから成る発熱手段の一部を破断した平面図である。
【図４】同発熱手段の縦断面図である。
【図５】カーボングラファイトシートによる誘電加熱の原理を示す拡大断面図である。
【図６】溶射による保護層の形成を示す拡大断面図である。
【図７】プラズマ・パウダー・スプレイによる溶射のための装置を示す要部断面図である。
【図８】ローカイド・ロッド・スプレイ法による溶射のための装置の要部断面図である。
【図９】サーモ・スプレイ法による溶射のための装置を示す縦断面図である。
【図１０】焼成前にカーボングラファイトシートを埋設した状態の粘土板の縦断面図である。
【図１１】粘土板の焼成を示すのぼり釜の縦断面図である。
【図１２】インクジェットプリンタの外観斜視図である。
【図１３】インクジェットプリンタのプリンタヘッドによる模様あるいは絵柄の形成を示す拡大断面図である。
【図１４】カーボングラファイトシートを埋設したセラミックタイルに対する模様あるいは絵柄の転写を示す拡大断面図である。
【図１５】通常のセラミックタイルに対する模様あるいは絵柄の転写を示す縦断面図である。
【図１６】模様あるいは絵柄が転写されたカーボングラファイトシートを埋設したセラミックタイルの縦断面図である。
【図１７】模様あるいは絵柄が転写された通常のセラミックタイルの縦断面図である。
【図１８】模様あるいは絵柄が転写されたセラミックタイルの外観斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  本体部
１１  保護板
１２  カーボングラファイトシート
１５  凹部
１６  切欠き
１９  端子板
２０  リード線
２１  絶縁フィルム
２３  電極
２４  高周波電源回路
２８  保護層
３０  本体
３１  陰極
３２  リング状陽極
３３  ウォータジャケット
３４  冷却水供給口
３５  冷却水排出口
３６  溶射材料供給パイプ
３７  アーク
３８  プラズマジェット
３９  作動ガス供給口
４０  本体
４１  供給ロール
４２  ノズル
４３  ガス供給孔
４４  圧縮空気供給孔
４７  本体
４８  ガス供給孔
４９  溶射材料粉末供給孔
５０  ガス供給孔
５３  粘土板（本体部）
５４  粘土板（保護板）
５５  凹部
５６  のぼり釜
５７  バーナ
６０  インクジェットプリンタ
６１  ベースシート
６２  プリンタヘッド
６５  加熱転写ロール
６６  セラミックタイル
６７  インク（絵柄）
６８  保護コート層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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