(57)【要約】      （修正有）【課題】焼結後の曲げ強さが大きく、曲げ強さのばらつきが少ない品質の安定した強化磁器、および成形時の成形性に優れ歩留まりの良い強化磁器製造方法の提供。【解決手段】不可避的不純物を除き、酸化物基準で、酸化アルミニウム３３〜６２質量％、二酸ケイ素２０〜３７質量％、アルカリ金属酸化物２〜５質量％を含有し、前記３成分の合計の量が、全成分に対して、９８質量％以上であり、各金属元素の化学組成を各金属酸化物のモル比で表記したアルカリ金属酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５倍以下である融剤を１０〜２０質量％を配合して、１２５０℃〜１４００℃で焼成し、平均曲げ強さが２９０ＭＰａ以上の焼結体とする強化磁器及び該強化磁器の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可避的不純物を除き、酸化物基準で、酸化アルミニウム５８〜７８質量％、二酸化ケイ素２０〜３７質量％、アルカリ金属酸化物２〜５質量％を含有し、前記成分の合計の全成分に対する配合割合は９８質量％以上であり、平均曲げ強さが２９０ＭＰａ以上であることを特徴とする強化磁器。
【請求項２】
酸化アルミニウム粒子を全原料中３５〜７０質量％の割合で含有することを特徴とする請求項１に記載の強化磁器の製造方法。
【請求項３】
粘土類、長石類、中心粒径が１μｍ〜１０μｍの酸化アルミニウム粒子の原料に、各金属酸化物をモル比で表記したアルカリ金属酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５倍以下である融剤を１０〜２０質量％混合した後、１２５０℃〜１４００℃で焼成し、平均曲げ強さが２９０ＭＰａ以上の焼結体とすることを特徴とする強化磁器の製造方法。
【請求項４】
粘土類、長石類、中心粒径が１μｍ〜１０μｍの酸化アルミニウム粒子から選択した原料にアルカリ酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５倍以下である化学組成を有する融剤を１０〜２０質量％添加した後、粉砕混合し平均粒径が２μｍ〜８μｍの磁器製造陶土とすることを特徴とする強化磁器用陶土製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度で、大量生産時にも強度のばらつきの少ない強化磁器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
学校や病院、ホテル等の大量に食事を提供する施設で使用する磁器食器には、連続食器洗浄機での使用に耐え得るように強度を高めた強化磁器を利用している。一般に、強化磁器を製造するには、磁器原料に酸化アルミニウム粒子を配合し、普通磁器の焼成温度である１３００℃ よりも５０℃ 程度高い焼成温度で焼結し、磁器素地の強度を増加させる方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、一般的な粒度分布をもつ磁器素地に酸化アルミニウム粒子を添加した場合には、焼成体中に多くの欠陥によって強度が低下し、平均曲げ強度が１６０ＭＰａを超えることはなかった。
また、焼成体強度を低下させる主要な欠陥として焼成体に含まれる粗粒石英粒子周囲に発生するマイクロクラックが知られている。このマイクロクラックは石英粒子と周囲のガラス相の熱膨張差により発生する内部応力が原因である。したがって、磁器素地の強度を大きくするには, 単に石英粒子の粒径を焼成条件によって決まる適当な粒径範囲に調整するばかりでなく「破壊源となるような粗粒の石英粒子の混入を防止することが不可欠である」ことを報告している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、X線回折等で検出が困難なレベルである０．１質量％未満の粗粒石英の存在でも曲げ強度が大きく低下し、曲げ強度が１６０ ＭＰａを超える強化磁器の製造のためには、主要な破壊源となる石英粒子周辺のマイクロクラックを少なくする必要があるが、「２４時間粉砕後，目開き径４４μｍのふるいを通過させ，  ５０ｐｐｍ程度の粗粒子を除くことにより，平均強度２４０ＭＰａ」の磁器を得たことを報告している（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本セラミックス協会学術論文誌９９〔１１〕１１１０〜１１１３貢（１９９１）
【非特許文献２】窯業協会誌９５ 〔９〕５７〜６２貢（１９８７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、焼結後の曲げ強度が大きく、かつ曲げ強度のばらつきが少ない品質の安定した強化磁器を提供することを課題とするものであり、原料調製時の原料坏土の微粉砕の必要がなく、また成形時の成形性に優れ歩留まりの良い強化磁器製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、不可避的不純物を除き、酸化物基準で、酸化アルミニウム５８〜７８質量％、二酸化ケイ素２０〜３７質量％、アルカリ金属酸化物２〜５質量％を含有し、前記成分の合計の全成分に対する配合割合は９８質量％以上であり、平均曲げ強度が２９０ＭＰａ以上である強化磁器によって解決することができる。
また、不可避的不純物を除き、酸化物基準で酸化アルミニウム５８〜７８質量部、二酸化ケイ素２０〜３７質量％、アルカリ金属酸化物２〜５質量％を含有し、前記成分の合計の全成分に対する配合割合は９８質量％以上であり、酸化アルミニウム粒子を全原料中３５〜７０質量％の割合で配合した原料にアルカリ金属酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５倍以下である融剤を１０〜２０質量％混合した後、１２５０℃〜１４００℃で焼成し、平均曲げ強度が２９０ＭＰａ以上の焼結体とする強化磁器の製造方法によって解決することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、不可避的不純物を除き、酸化物基準で、酸化アルミニウム５８〜７８質量％、二酸化ケイ素２０〜３７質量％、アルカリ金属酸化物２〜５質量％を含有し、以上の成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上とすることで、素地の強度が向上した、平均曲げ強度が２９０ＭＰａ以上の強化磁器を提供することができ、アルカリ酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５倍以下である融剤を用いることで長石等に比べ酸化ケイ素の含有量が少ないため、熔融後のガラスは石英粒子を多く取り込みガラス化することが可能であり、高温で焼成することなく曲げ強度の大きな強化磁器を作製することができるので、省エネルギーで成形性が良好で、焼成時の変形が少ない等の効果も得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００９】
以下、本発明の実施例、比較例を示して本発明を詳細に説明する。
【００１０】
表１に示すように、不可避的不純物を除き、酸化物基準で、酸化アルミニウム５８〜７８質量％、二酸化ケイ素２０〜３７質量％、アルカリ金属酸化物２〜５質量％とし、これらの合計を９８質量％以上に調製した粘土類、長石類、および、中心粒径が１μｍ〜１０μｍの酸化アルミニウム粒子から構成した原料に、アルカリ金属酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５倍以下である融剤を１０〜２０質量％混合した含水率を１６〜２５％に調製した陶土を原料としたものである。
なお、本発明においては、原料の酸化アルミニウム粒子の粒度分析は、レーザー回折式粒度分析装置(株式会社セイシン企業製ＳＫマイクロアナライザーＬＭＳ２０００ｅ）を用いて行った。
調製した陶土をローラーマシン等のロクロ成形、鋳込み成形、プレス成形等の成形方法で成形した後に乾燥する。
次いで、乾燥後に、１２５０℃〜１４００℃で焼成することで、平均曲げ強度が２９０ＭＰａ以上の焼結体の強化磁器を製造することができる。
【００１１】
本発明の強化磁器は、生地を成形した後に焼成前に施釉しても良いが、６００〜１４００℃、好ましくは８００〜１１００℃で仮焼してから施釉することもできる。
仮焼温度が低すぎると素地強度が不充分となるので、仮焼温度は適宜調整することが好ましい。
施釉後の釉焼温度は１２５０〜１４００℃であり、好ましい釉焼温度は１２５０〜１３５０℃である。釉焼温度が低すぎると磁器化が不充分となり強度が不充分となる。一方、釉焼温度が高すぎると、過焼成状態となり曲げ強度が低くなる。
【００１２】
実施例１
表１に記載の融剤１のアルカリ酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が４．４倍である原料１００質量部、分散剤Ａ−６０１２（東亞合成株式会社製）０．２質量部、及び水２７質量部をボールミルで混合して泥漿を得た。
次いで、作製した泥漿を真空脱泡後、大きさが８ｍｍ×４ｍｍ×７０ｍｍの板状試料用生地を鋳込み成形によって作製した後、自然乾燥した。
得られた生地の表面を切削仕上げした後、ガス窯で１２９０℃で還元焼成し８ｍｍ×４ｍｍ×７０ｍｍの試験片を作製した。
【００１３】
作製した試験片を用いて以下の試験を行った。
１．曲げ強度試験
精密万能材料試験機（株式会社島津製作所製  ＡＧ−１０ｋＮＸ）による３点曲げ試験によって測定した。
２．磁器組成試験
蛍光Ｘ線分析装置（株式会社リガク製ＺＳＸ１００ｅ）によりガラスビードによる検量線法にて測定した。
原料の化学分析値と配合割合から素地の成分の配合割合を算出して表２に示すとともに、測定した平均曲げ強度を表２に示すように、２９６ＭＰａであった。
【００１４】
実施例２〜２１
実施例１の試験条件に代えて、表１の各実施例に記載の条件に変えた点を除き、実施例１と同様に作製した試料を実施例１と同様に測定した平均曲げ強度を表２に示すように、２９１ＭＰａ〜３４７ＭＰａであった。
【００１５】
比較例１〜２
実施例１の試験条件に代えて、表１の比較例１，２に記載の条件とした点を除き、実施例１と同様に作製した試料を実施例１と同様に測定した。
平均曲げ強度は表２に示すように、実施例５の融剤１を、磁器製造に一般的に用いるアルカリ酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が６．６倍である益田長石（融剤２）に置換した比較例１は、曲げ強度は１９４ＭＰａに低下した。
また、実施例７の融剤１をアルカリ酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比が５．３倍である一般的な磁器製造に用いるインドソーダ長石（融剤３）に置換した比較例２は、平均曲げ強度は２４５ＭＰａに低下した。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
本発明の強化磁器は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素を主たる成分として、更にアルカリ金属酸化物を原料として製造したものである。
具体的には、全成分に対して（ａ）酸化アルミニウム５８〜７８質量％、（ｂ）二酸化ケイ素を２０〜３７質量％、および（ｃ）アルカリ金属酸化物２〜５質量％を含有する。
また、（ａ）酸化アルミニウム、（ｂ）二酸化ケイ素、（ｃ）アルカリ金属酸化物の各成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上である。
【００１８】
また、酸化アルミニウムの全成分に対する好ましい配合割合は５９〜７６質量％である。酸化アルミニウム源の一部として中心粒径が１μｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜５μｍの酸化アルミニウム粒子を３３〜６２質量％、好ましくは３５〜６０質量％を配合することで強度が向上する。
酸化アルミニウム粒子の配合割合が３３質量％よりも少ない場合には、曲げ強さを十分に向上させることができない。また、酸化アルミニウムは酸化アルミニウム粒子、粘土鉱物、カオリン類鉱物、融剤に由来する。
一方、酸化アルミニウム粒子の配合割合が６２質量％よりも大きいと、粘土鉱物、カオリン類鉱物等の可塑性成分の配合割合が相対的に小さくなりすぎ、成形性が悪化し、歩留まりが低下する。
【００１９】
また、酸化ケイ素の全成分に対する好ましい配合割合は２１〜３６質量％である。本発明の強化磁器の酸化ケイ素成分は融剤、粘土鉱物、カオリン類鉱物等に由来する。
二酸化ケイ素成分の割合が少なすぎると十分な量のガラスマトリックスが生成しないので、素地が磁器化しない。一方、二酸化ケイ素成分の配合割合が大きすぎると、酸化アルミニウムの配合割合が相対的に小さくなり、強度の向上が不充分となる。
【００２０】
また、アルカリ金属酸化物の全成分に対する好ましい配合割合は２〜４質量％である。アルカリ金属酸化物の含有量が小さすぎると、十分なガラスマトリックスが形成されずに素地が磁器化しない。
また、粘土鉱物やカオリン類鉱物に不可避の成分として含まれる石英粒子を十分に熔融させることができないため曲げ強さが低下する。
一方、アルカリ金属酸化物の含有量が大きすぎると、焼成中の軟化変形が大きくなる。アルカリ金属酸化物はフリット等の融剤、粘土鉱物、カオリン類鉱物等に由来する。曲げ強さ向上の観点から融剤由来のものとすることが好ましい。
【００２１】
本発明の磁器を構成する焼結体は、天然原料由来の不可避成分として酸化第二鉄、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有し得る。酸化第二鉄の全成分に対する配合割合は０〜０．７質量％、二酸化チタンの全成分に対する配合割合は０〜０．３質量％、酸化マグネシウムの全成分に対する配合割合は０〜０．５質量％、酸化カルシウムの全成分に対する配合割合は０〜０．５質量％である。
【００２２】
次に、本発明の強化磁器の製造方法を説明する。
酸化アルミニウム粒子、粘土鉱物、カオリン類鉱物、長石類、各金属酸化物をモル比で表記したアルカリ金属酸化物に対する二酸化ケイ素のモル比を５倍以下に調製した原料をボールミル等粉砕混合機で混合し、生地を作製する。
当該生地は、全成分に対して（ａ）５８〜７８質量％のＡｌ２Ｏ３、（ｂ）２０〜３７質量％のＳｉＯ２及び（ｃ）２〜５質量％のアルカリ金属酸化物を含有する。これらの（ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上である。
次に、当該生地の含水率を１６〜２５％にした陶土を調製する。調製した陶土はローラーマシン等のロクロ成形、鋳込み成形、プレス成形等の成形方法によって所定の形状に成形して乾燥する。
【００２３】
成形体の施釉は、直接、あるいは６００〜１４００℃、好ましくは８００〜１１００℃で仮焼してから施釉しても良い。仮焼温度が低すぎると施釉に十分な強度が得られない。
施釉後の釉焼温度は１２５０〜１４００℃であり、好ましい釉焼温度は１２５０〜１３５０℃である。釉焼温度が低すぎると磁器化せず曲げ強さが低くなる。一方、釉焼温度が高すぎると、過焼成状態となり曲げ強さが低くなる。
【００２４】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の強化磁器は、強度が大きいので、大量に食事を提供する施設で使用する連続食器洗浄機等で長期間の利用が可能である。