(57)【要約】【課題】金属との密着性に優れた建材用鋳造人造石とその製造方法を提供する。【解決手段】酸素分圧調節した電気炉２の炉内４で、金属材料からなる取付具１５の表面に酸化物を生成させるとともに、溶融された花崗岩１４に取付具１５を埋め込んで建築用外壁１を成形する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素分圧１０−５〜０．５ａｔｍの雰囲気下で表面に酸化物を生成した金属材料を、溶融された花崗岩に、上記雰囲気下で埋め込んで成形したことを特徴とする人造石。
【請求項２】
上記人造石は冷却凝固した後、再加熱されて再結晶化していることを特徴とする請求項１に記載の人造石。
【請求項３】
上記溶融された花崗岩に塩基性酸化物を添加してＳｉＯ２の濃度を６５ｗｔ％以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の人造石。
【請求項４】
上記金属材料が人造石の表面から突出する係合部分を備えていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の人造石。
【請求項５】
上記金属材料が、網形状、若しくは格子形状からなることを特徴とする請求項１乃至３に記載の人造石。
【請求項６】
上記金属材料が普通鋼であることを特徴する請求項１乃至５に記載の人造石。
【請求項７】
金属材料を酸素分圧１０−５〜０．５ａｔｍの雰囲気下で表面に酸化物を生成させるとともに、溶融された花崗岩に上記金属材料を上記雰囲気下で埋め込んで成形する人造石の製造方法。
【請求項８】
上記溶融された花崗岩に塩基性酸化物を添加してＳｉＯ２の濃度を６５ｗｔ％以下としたことを特徴とする請求項６に記載の人造石の製造方法。
【請求項９】
上記製造方法によって得られた人造石を冷却凝固した後、再加熱して再結晶化することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の人造石の製造方法。
【請求項１０】
溶融された花崗岩に添加剤を添加して融点を調整し、上記金属材料が熱処理される温度で冷却凝固することを特徴とする請求項６乃至請求項８に記載の人造石の製造方法。
【請求項１１】
上記金属材料が普通鋼であることを特徴とする請求項７乃至１１に記載の人造石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、花崗岩を溶融して得られる人造石及びその製造方法に関し、詳しくは溶融の際、金属を埋め込んで得られる人造石及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
本発明の発明者らは、花崗岩を加工した際に発生する粉石や砕石を溶融して得られる人造石及びその製造方法を発明し、これを特許出願している（特許文献１参照）。上記人造石は、天然石と同様、若しくは天然石には見られない美観を備えているうえ、所望の形状に成形できることから、建築用石材として利用できる。例えば、人造石を建築用外壁材として使用する場合、人造石は接着剤やセメント材によって建物の外壁に貼り付けられる。
【０００３】
しかしながら、接着剤やセメント材を使用して建物の外壁に貼り付けられた人造石は、接着剤が経年劣化したり、セメント材の貼付強度が十分でない場合、外壁から浮き上がったり、脱落することが考えられる。
【０００４】
一般に建築用外壁材は、建物の外壁に取り付けるための金属ボルトやフック等の取付具を備えており、これらを介して建物の外壁に強固に貼り付けられる。
【０００５】
人造石からなる建築用壁材においても、取付具を備えたものが望まれているが、人造石を機械加工して取付具を取り付けると、人造石を所望の形状に成形している点が損なわれる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１５９５７８号公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明に係る人造石は、酸化雰囲気下で表面に酸化物を生成した金属材料を、溶融された花崗岩に、上記雰囲気下で埋め込んで成形したことを特徴としている。上記酸化雰囲気は、酸素分圧１０−５〜０．５ａｔｍであることが好ましく、また、生成された酸化物が花崗岩に埋め込まれた状態で金属材料から剥離しない雰囲気であれば良い。
【０００８】
本発明に係る人造石は、埋め込まれる金属の表面に酸化物が生成されていることから、人造石と金属表面との濡れ性が良好であり、両者は組成が連続的に変化している。このように、人造石と金属表面とには連続性があるため、人造石の凝固時において、人造石と金属との境界面で剥離を生じることがない。また、溶融された花崗岩に金属を埋め込む際において、サーマルショックによって酸化物が金属表面から剥離した場合であっても、酸化物が新たに生成される。
【０００９】
また、上記人造石は冷却凝固した後、再加熱されて再結晶化しているものであってもよい。これにより、ガラス相（非晶質）である部分を全て結晶化させることができる。
【００１０】
さらに、上記人造石は上記溶融された花崗岩に塩基性酸化物を添加してＳｉＯ２の濃度を６５ｗｔ％以下としたもであってもよい。
【００１１】
また、上記金属材料が人造石の表面から突出する係合部分を備えているようにしてもよい。上記係合部分をボルト、またはフック形状とすることで、人造石は建築用外壁材として好適に使用できる。
【００１２】
上記金属材料を網形状、若しくは格子形状とすることで、人造石の強度を向上させることができる。人造石においてガラス相を有している場合であっても人造石全体として所定の強度を得ることができる。また、上記金属材料は普通鋼であれば熱処理が可能であり、この場合、安価で強度に優れた人造石を製造することができる。
【００１３】
本発明における人造石の製造方法は、金属材料を酸素分圧１０−５〜０．５ａｔｍの雰囲気下で表面に酸化物を生成させるとともに、溶融された花崗岩に上記金属材料を上記雰囲気下で埋め込んで成形する。
【００１４】
また、ステンレス鋼等のように、表面に酸化物が生成された金属材料を埋め込む場合、酸化雰囲気下で埋め込むことにより、サーマルショックによって酸化物が金属表面から剥離した場合であっても、酸化物が新たに生成される。
【００１５】
上記溶融された花崗岩に塩基性酸化物を添加してＳｉＯ２の濃度を６５ｗｔ％以下としてもよい。このように、ＳｉＯ２の濃度を６５ｗｔ％以下とすることで、溶融された花崗岩には流動性が付与されるため、板ガラスの製造法として公知の方法であるフロート法やロール法によって人造石を製造することが可能となる。
【００１６】
上記製造方法によって得られた人造石を冷却凝固した後、再加熱して再結晶化するようにしてもよい。再結晶化するには、冷却凝固の際、ガラス化温度の前後の温度領域において徐冷すればよい。例えば、花崗岩にＬｉＯ２とＮａ２Ｏとをそれぞれ１０％添加した場合、人造石のガラス化温度は約６００℃となることから、上記温度以上の温度で再加熱した後、冷却凝固の際、６５０〜５５０℃の温度領域において徐冷することで、人造石を結晶化させることができる。
【００１７】
溶融された花崗岩に添加剤を添加して融点を調整し、上記金属材料が熱処理される温度で冷却凝固するようにしてもよい。埋め込まれた金属材料が熱処理されることで、例えば、埋め込まれる金属材料が金網の場合、人造石は複合材となり、その強度を著しく向上させることができる。また、人造石がガラス相を有している場合、若しくは均一ガラス相で構成されている場合であっても、金網に熱処理を施して強度を向上させることで、所望の強度を備えた人造石を得ることができる。金属材料は熱処理によって強度が増加でき、かつ上記酸素分圧１０−５〜０．５ａｔｍ下で酸化物を生成するもの、例えば、一般的に使用される普通鋼であればよい。上記金属材料として、ＳＡＥ４１４０鋼（０．３７％Ｃ、０．９８％Ｃｒ、０．２１％Ｍｏ、０．７７％Ｍｎ）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼（０．４〜４．５％Ｎｉ、０．４〜３．５％Ｃｒ、０．１〜０．７％Ｍｏ）、共析鋼（０．５〜０．９％Ｃ）、及び一般構造用鋼（ＪＩＳ：Ｓ１０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ）等を挙げることができる。
【００１８】
例えば、ＬｉＯ２とＮａ２Ｏとをそれぞれ１０ｗｔ％添加した花崗岩を１１００℃で溶融し、６５０℃の温度で保持された鋳型で鋳造する際、ＳＡＥ４１４０鋼からなる金網を鋳型に投入後、２時間で５４０℃、４時間で２００℃に冷却することで、金網は強度に優れたベイナイト組織となり、人造石の強度を向上させることができる。
【００１９】
ガラス質融体のガラス化温度は、融点温度（Ｋ）の約３分の２の温度（Ｋ）であることが経験則から明らかになっており、添加剤の種類や量を変更することで融点温度を制御することができる。例えば、花崗岩にＬｉＯ２やＮａ２Ｏを加えることにより、融点を調節することができる。また、花崗岩に埋め込まれる金属材料の種類に応じて、所望の冷却条件で花崗岩を冷却することにより、金属材料に所望の熱処理を施すことができる。これにより、花崗岩に埋め込まれる金属材料に所望の硬度、強度、及び靭性を付与することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る人造石、及び人造石の製造方法について説明する。
【００２１】
図１は、人造石からなる建築用外壁１を製造するための電気炉２の断面を示している。電気炉２の内壁は耐火煉瓦３で覆われ、炉内４の壁面と床面とにはヒーター５が敷設されている。炉内４には熱電対６が設けてあり、該熱電対６と上記ヒーター５とは制御装置７に接続されている。電気炉２の天板８に形成された投入口９は耐火物からなるスライド扉１０で覆われており、また、天板８には炉内４の雰囲気を調節するための雰囲気ガス（アルゴンガス）を導入するため、ガス供給装置１１に接続されたガス管１２が取り付けられている。
【００２２】
また、炉内４の床面には人造石を建築用外壁１の形状に成形するための鋳型１２が鋳型支持台１３に載置された状態で配置されている。
【００２３】
上記構成からなる電気炉２では、熱電対６で測定された温度に基いて、上記ヒーター５の温度が制御装置７によって調節されて、炉内４を所望の温度に昇温、維持、及び冷却することができるようになっている。また、ガス供給装置１１から炉内４に供給されたアルゴンガスによって、炉内４が所望の酸素分圧に調整される。
【００２４】
建築用外壁１は、天然の花崗岩を加工した際に発生する粉石や砕石を、図示しない坩堝に投入し、１２００℃〜１５００℃の温度で溶融した後、電気炉２の投入口９から鋳型１２に流し込んで成形される。電気炉２の炉内４は６５０℃に維持されており、また、アルゴンガスが投入されることで、酸素分圧が１０−４ａｔｍに調節されている。
【００２５】
上記花崗岩１４は、ＳｉＯ２：５０〜８０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜１８％、ＭｇＯ：２〜４ｗｔ％、ＣａＯ：０．５ａｔｍ〜１４ｗｔ％、ＦｅＯ：１〜９ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：５ｗｔ％以下、Ｎａ２Ｏ：２〜４ｗｔ％を含有するものを使用している。また、ＬｉＯ２とＮａ２Ｏとをそれぞれ１０ｗｔ％添加して花崗岩１４のガラス化温度を調節し、６００℃としている。さらに、坩堝内で溶融された花崗岩１４には、ＣａＯ、ＭｇＯ、またはＮａ２Ｏ等の塩基性酸化物を添加して、ＳｉＯ２の濃度を６５ｗｔ％以下に調整し、所定の流動性が付与されている。これにより、溶融された花崗岩１４は鋳型１２に容易に流し込める。
【００２６】
上記のようにして、鋳型１２に流し込まれた花崗岩１４が所定の粘度に硬化した状態で、鋳型１２の上方から鋳型１２内の花崗岩１４に、複数の取付具（係合部）１５を差し込むようにして埋め込む。上記取付具１５は、ＳＡＥ４１４０鋼からなる丸棒を機械加工して一端側にネジ部を形成したもので、他端の円柱部分が花崗岩１４に埋め込まれる。
【００２７】
炉内４の雰囲気は所定の酸素分圧に調整されているうえ、高温であることから、上記取付具１５は炉内４において表面に酸化物が生成され、また酸化物が生成れた状態で花崗岩１４に埋め込まれる。このため、花崗岩１４と取付具１５との濡れ性が良好であり、両者の組成は連続的に変化することから、花崗岩１４の凝固時において、花崗岩１４と取付具１５との境界面で剥離が生じることがない。
【００２８】
鋳型１２内の花崗岩１４は、取付具１５が埋め込まれた後、炉内４温度を調整し、冷却凝固した状態で鋳型１２から取り出されて建築用外壁１となる。なお、冷却凝固の際、炉内４温度を調整して、花崗岩１４を６５０℃〜５５０℃の温度領域において徐冷することにより、ガラス相の生成が防止される。
【００２９】
上記のようにして製造された建築用外壁１には取付具１５が設けてあることから、機械加工により取付具１５を取り付ける必要がなく、また、取付具１５によって、建築物の外壁に強固に取り付けることができる。なお、上記取付具１５はボルト形状に限るものでは無く、フックや板形状からなるステー等、建築用外壁１が取り付けられる部分と係合できる形状であれば良い。また、金網や格子形状からなる金属材料を埋め込むことで、複合材からなる建築用外壁を得ることができる。
【００３０】
ここで、建築用外壁１と取付具１５に対する熱処理について詳細に説明する。図２は、取付具１５（ＳＡＥ４１４０鋼）のＩ−Ｔ線図（Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉａｇｒａｍｓ）に、建築用外壁１の冷却カーブを重ね合わせたものである。縦軸には変態温度（摂氏）、横軸には変態時間を表している。Ａ、Ｆ、Ｍ、Ｐ、及びＢは、ＳＡＥ４１４０鋼の固溶相を示し、順に、オーステナイト（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、マルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）、パーライト（ｐｅｒｌｉｔｅ）、及びベイナイト（ｂａｉｎｉｔｅ）を表している。
【００３１】
１２００℃〜１５００℃の温度で溶融した花崗岩１４を、例えば６５０℃に維持された雰囲気内に投入すると、数分で６５０℃に低下するが、建築用外壁１を結晶化するためには、温度領域２０内で冷却速度勾配を１００℃／ｈｒ以下にする必要がある。冷却カーブ２１は、花崗岩１４を結晶化させるための好適な冷却カーブ（℃／時間）である。なお、温度領域２０は、花崗岩１４を結晶化させるための条件であり、添加剤を調整することで、花崗岩の融点温度を調節して結晶化の温度領域を変更することができる。例えば、温度領域２０を６００〜８００℃の間とすることも可能である（図中における、冷却カーブ２１より上側の領域２３）。
【００３２】
他方、埋め込まれる取付具１５を冷却カーブ２１より上の領域２３で冷却すると、取付具１５はパーライト変態温度領域（Ｐ領域）で冷却されることになり、変態後の取付具１５の強度が低下する。また、取付具１５を冷却カーブ２１に沿って冷却した場合であっても、冷却温度が６５０℃に低下した時点で、取付具１５はパーライト相が含まれる変体温度領域（オーステナイト、フェライト及びパーライトからなる混合された相を生成する変態温度領域／Ａ＋Ｆ＋Ｐ領域）で冷却され、強度の低下は避けられない。
【００３３】
本発明の発明者らは、上記温度領域２０、冷却カーブ２１、及びパーライト変態温度領域Ｐの相関関係から冷却カーブ２２を導き出している。冷却カーブ２２は、溶融された花崗岩１４の温度を、上記の混合された相を生成する変態温度領域（Ａ＋Ｆ＋Ｐ領域）を回避して、花崗岩を結晶化させる温度領域２０で冷却したものである。温度領域２０では、花崗岩１４の結晶化に適した冷却速度勾配（１００℃／ｈｒ）以下でゆるやかに冷却低下させる。温度領域２０でおおよそ２時間（期間２４）冷却して花崗岩１４を結晶化した後、ベイナイト変態温度領域（Ｂ領域）で冷却することで、取付具１５の組織をベイナイト組織に変態させている。このように、冷却カーブ２２に基いて冷却された建築用壁材１は、結晶化されるとともに、埋め込まれた取付具１５の強度を向上させることができる。なお、上記のようにして、温度領域２０での冷却時間２４を調整することにより、花崗岩１４がガラス化することを防止して結晶化させることができるが、花崗岩１４をガラス化させた場合であっても、取付具１５とともに金網を埋め込み、この金網をベイナイト組織に変態させることで、強度低下を補填することが可能である。
【００３４】
次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。図３及び図４に示す人造石製造装置３０は、板ガラスを製造する際に用いられるフロート法を適用した人造石３１を製造する装置であって、製造される人造石３１は、金網３２が埋め込まれた状態で連続した板形状に成形された後、図示しない徐冷窯で冷却して完成する。
【００３５】
人造石製造装置３０は、壁面３４の外側に溶融炉３５を備えており、壁面３４に形成された開口部３６を介して装置内３７に溶融した花崗岩３８が流入するようになっている。上記壁面３４と対向する壁面４０には排出口４１が形成され、該排出口４１の外側には排出ローラ４２が設けられている。装置内３７の床面には溶融された錫４３が満たされた浴槽４４が設けられており、側壁４５と４６との内面には浴槽４４に浮かんだ花崗岩３８の広がりを規制するための一対の規制板４７が取り付けられている。
【００３６】
天板４８には、金網３２を装置内３７に搬入するための開口部３９が形成されており、この開口部３９の上方には金網３２を送り出すための搬送ローラ５０が配置されている。また、装置内３７、長手方向の略中央部には、金網３２を支持するガイドローラ５１が配置されている。
【００３７】
また、天板４８には、ガス管５２が取り付けてあり、該ガス管５２には、装置内３７の雰囲気を調節する雰囲気ガス（アルゴンガス）を供給するためのガス供給装置５３が接続してある。
【００３８】
溶融炉３５で溶融される花崗岩３８は、上記花崗岩１４と同一のものを使用している。溶融された花崗岩３８は、壁面３４の開口部３６から装置内３７に流し込まれ、溶融された錫４３の上面に浮かび上がった状態で広がり、規制板４７によって、所定の幅に規制されて排出口４１に向かって矢印５５の方向に移動する。
【００３９】
規制板４７で幅が調整された花崗岩３８には、搬送ローラ５０で装置内３７に搬入され、ガイドローラ５１によって花崗岩３８と同一の搬送方向（矢印５５）に搬送方向が規制された金網３２が埋め込まれる。
【００４０】
金網３２は上記実施例１における取付具１５と同様、ＳＡＥ４１４０鋼で構成されている。また、装置内３７にも上記実施例１と同様に、ガス供給装置５３によってアルゴンガスが投入されることで、酸素分圧が１０−４ａｔｍに調節されているうえ、溶融された花崗岩３８の輻射熱によって高温となっていることから、金網３２は、その表面に酸化物が生成された状態で花崗岩３８に埋め込まれる。
【００４１】
上記のようにして金網３２が埋め込まれた花崗岩３８は、排出ローラ４２で排出口４１から排出されて人造石３１となり、図示しない徐冷窯に搬入される。徐冷窯において、人造石３１は５４０℃まで２時間かけて冷却された後、４時間かけて２００℃に冷却されて、金網３２の組織をベイナイト組織となるよう処理される。このようにして製造された人造石３１は、複合材として強度に優れたものとなる。
【００４２】
金網３２を埋め込む方法は、上記フロート法に限るものではなく、公知のロール法であってもよい。図５は、溶融された花崗岩６０にロール法によって金網６１を埋め込む工程を示している。
【００４３】
ロール法を用いた製造方法では、溶融炉６２で溶融された花崗岩６０は、貯溜部６３において貯留されて所定の温度、及び硬度に調整された後、貯溜部６３の下方に配置された一対の成形ロール６４で所定の厚みに成形された後、搬送ロール６５で水平方向に搬送される。
【００４４】
複数の金網搬送ロール６６で水平方向に搬送された金網６１は、花崗岩６０がその搬送方向を垂直方向から水平方向に変更する部分６７で、花崗岩６１に埋め込まれる。
【００４５】
また、上記部分６７には、板形状に成形される花崗岩６１の幅方向に沿って配置された複数のガス噴射ノズル６８が配置してあり、上記ガス噴射ノズル６８からは、ガス供給装置６９から供給されたアルゴンガスが噴射されて、部分６７の酸素分圧を低下させている。金網６１は搬送される花崗岩６２の輻射熱によって高温となっているうえ、酸素分圧が低下していることから、その表面に酸化物が生成された状態で花崗岩６２に埋め込まれる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係る製造方法によれば、人造石の凝固時において、人造石と金属との境界面で剥離を生じることがない人造石を製造することができる。
【００４７】
本発明に係る人造石は、高強度、高靭性でありながら、加工性及び造形性が良好であって美麗表面を備えており、意匠性に優れている。また、本発明に係る人造石は、溶解過程を経て製造されており、ガス成分が除去されているので、高耐火性、及び高耐久性を備えており、ビルや一般家屋向けの外壁材、内壁材、屋根材、柱材、庭石、敷石、及び家具調度品としての良好に使用することができる。さらに、本発明に係る人造石は、意匠性や加工性に優れている点から、ＤＩＹ（Ｄｏ  ｉｔ  ｙｏｕｒｓｅｌｆ）用品等として、建材ブロック、タイル材、装飾石材、家具材、置石、庭園用踏み石、プランター、及び植木鉢として使用することができるだけでなく、土木工事用の敷石、路盤材、舗道ブロックとしての使用にも適している。
【００４８】
また、本発明に係る人造石に埋め込まれる金属材料を、人造石の表面から突出する係合部分を備えたものとすることで、人造石には係合部分を取り付ける加工が不要になる。このため、人造石は安価な建築用壁材等として製造することができる。
【００４９】
さらに、金属材料を網形状、若しくは格子形状とすることで、人造石は複合材として強度に優れたものとなる。このため、人造石の一部、若しくは全部がガラス相であっても十分な強度が得られる。また、人造石に埋めこまれた金属材料を熱処理することによって、さらに強度に優れた人造石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る人造石を製造する電気炉の断面図である。
【図２】取付具を埋め込んだ建築用外壁の熱処理を示す図である。
【図３】本発明に係る人造石を製造する製造装置の断面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ部のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明に係る人造石をロール法によって製造する工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１…建築用壁材、２…電気炉、３…耐火煉瓦、４…炉内、１１…ガス供給装置、１４…花崗岩、１５…取付具。
【図１】
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【図２】
2004210577.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004210577.tif 000006
【図５】
2004210577.tif 000007