(57)【要約】本発明は、炭素層を有するセラミック造形物の製造のための素地組成物であって、黄土５０〜７３重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１５重量％、陶器釉薬１〜５重量％を含む素地組成物を提供する。このとき、好ましくは、本発明の素地組成物は、麦飯石粉及びシャモットをさらに含んでなる。一方、本発明は、前記素地組成物を成形するステップと、前記成形物を酸化炎により焼成するステップと、を含むことを特徴とする炭素層を有するセラミック造形物の製造方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素層を有するセラミック造形物の製造のための素地組成物であって、
黄土５０〜７３重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１５重量％、陶器釉薬１〜５重量％を含む素地組成物。
【請求項２】
前記素地組成物は麦飯石粉及びシャモットをさらに含んでなるが、
黄土５０〜６８重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１３重量％、陶器釉薬１〜５重量％及び麦飯石粉２〜５重量％、シャモット３〜７重量％を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の素地組成物。
【請求項３】
前記陶器釉薬は、全体の素地組成物重量に対して、白土０．４〜２重量％、石灰石０．５〜２重量％、灰０．１〜１重量％を混合してなるものであることを特徴とする請求項２に記載の素地組成物。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の組成物を成形するステップと、
前記成形物を酸化炎により焼成するステップと、
を含むことを特徴とする炭素層を有するセラミック造形物の製造方法。
【請求項５】
前記焼成ステップは、１１５０〜１２５０℃の温度条件下で酸化炎により行われることを特徴とする請求項４に記載のセラミック造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部に炭素層を有する二重構造のセラミック造形物を提供するための素地組成物及びこれを用いてセラミック造形物を提供する方法に係り、黄土及び粘土に木粉と一緒に木質が炭化された炭素体粉末及び陶器釉薬を含んで素地組成物を構成することを特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
従来の代表的な粘土ブロックは、粘土と硅砂を混合して乾燥した後、１１００〜１２００℃の温度条件下で焼成して製造される。この種の粘土ブロックは、粘土と硅砂との混合物の重量が比較的に高いため、完成された粘土ブロックもまた重量が高いという欠点がある。
【０００３】
そこで、粘土ブロックの重量を軽減させるために、粘土及び硅砂混合物に鋸屑や粗糠などの木粉をさらに含めるブロックが提案されている。しかしながら、このようなブロックは、焼成過程中に焼成化炎により木粉が炭素体として散在したり、完全に燃焼されて多孔質ブロックを形成したりすることにより、外観を損傷させるという不都合がある。
【０００４】
このような木粉添加時における問題を改善するために、段階別に区別される熱源を提供して焼成を行う方法が開発されて提案されている。すなわち、一旦還元炎により焼成して木粉を燃焼した後、全体的に炭素体を形成し、この後に酸素を供給する中性炎または酸化炎により所定時間焼成して表面の炭素体だけを完全に気化させ、内部の炭素体はそのまま残留させるような方式である。しかしながら、このような方法は、熱源を区別して提供することを余儀なくされるため作業が複雑になり、且つ、高価な還元炎（所定温度の還元炎は酸化炎に比べて多大な燃料費と加熱時間を必要とする）の必須利用を余儀なくされるため非経済的になる。さらに、酸化炎の提供時間が長引くと、内部にある炭素体もまた気化される恐れがあるため、酸化炎の提供には注意を払う必要があるという不都合が伴われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、木粉と木質が炭化された炭素体粉末を一緒に含みながら陶器釉薬を混合した状態の組成物を成形することにより、酸化炎だけで焼成しても炭化された炭素層を形成することが可能になることから、経済性に富み、しかも、簡単に製作可能なセラミック造形物の提供が望まれる。なお、製作されるセラミック造形物は耐火性、耐熱性、断熱性及び消臭能力などにも優れていることが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明は、炭素層を有するセラミック造形物の製造のための素地組成物であって、黄土５０〜７３重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１５重量％、陶器釉薬１〜５重量％を含む素地組成物を提供する。このとき、好ましくは、本発明による素地組成物は、麦飯石粉及びシャモットをさらに含んでいてもよいが、この場合、黄土５０〜６８重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１３重量％、陶器釉薬１〜５重量％及び麦飯石粉２〜５重量％、シャモット３〜７重量％を含む。
【０００７】
このとき、前記陶器釉薬は、全体の素地組成物重量に対して、白土０．４〜２重量％、石灰石０．５〜２重量％、灰０．１〜１重量％を混合してなることが好ましい。
【０００８】
一方、本発明は、前記素地組成物を成形するステップと、前記成形物を酸化炎により焼成するステップと、を含むことを特徴とする炭素層を有するセラミック造形物の製造方法を提供する。このとき、好ましくは、前記焼成ステップは、１１５０〜１２５０℃の温度条件下で酸化炎により行われることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による炭素層を有するセラミック造形物（煉瓦状）の断面写真である。
【図２】本発明による炭素層を有するセラミック造形物（板状）の断面写真である。
【図３】本発明による炭素層を有するセラミック造形物から製造されたセラミック暖炉の写真である。
【図４】本発明による炭素層を有するセラミック造形物の遠赤外線の放出量を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳述する。
【００１１】
１．炭素層を有するセラミック造形物用素地組成物
（１）本発明の炭素層を有するセラミック造形物用素地組成物は、黄土５０〜７３重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１５重量％、陶器釉薬１〜５重量％を含むように混合される。
【００１２】
本発明においては、特に、木粉と一緒に木質が炭化された炭素体粉末及び陶器釉薬を含めて組成物を構成するが、これらの作用により酸化炎だけで焼成する場合にも内部に炭素層を有する二重構造のセラミック造形物を製造することができる。
【００１３】
黄土と粘土はセラミック造形物を製作するための主成分であり、本発明においては、黄土を多量含有させることにより、煉瓦などの建築資材として完成される場合に環境に優しい要素として働くようになる。
【００１４】
そして、木粉は鋸屑の形態で使用され、焼成時に炭素体となるため、これを添加したセラミック造形物は耐久性と遠赤外線の放出効果を発現することになる。また、焼成時に炭化過程を経、さらに造形物の表面にあるのは燃焼されたりしてセラミック造形物の軽量化に寄与する役割を果たすこともある。
【００１５】
本発明においては、木粉の他に、木質が炭化された炭素体粉末を直接的に含有させるが、これは、木粉が炭化されるのにかかる時間を短縮させながらも、陶磁造形物に安定的な炭素体を供給するためである。木質が炭化された炭素体粉末とは、木材などの木質を炭化して製造する炭、褐炭、黒鉛などの炭素体を粉末化したものをいう。木質が炭化された炭素体粉末としては、褐炭粉末を使用することが最も経済的である。
【００１６】
また、本発明による素地組成物は、陶器釉薬を成形物の表面に塗り付けるのではなく、成形物を製作するための原材料である素地組成物に全体の素地組成物重量に対して１〜５重量％にて含めている。これは、酸化炎だけを用いて焼成しても内部に炭素層を有する二重構造のセラミック造形物を完成するためである。前記陶器釉薬は、全体の素地組成物重量に対して、白土０．４〜２重量％、石灰石０．５〜２重量％、灰０．１〜１重量％を混合することが好ましいが、普通、白土は釉薬材料として用いられるものであり、土の一種を言う。
【００１７】
水は、混合物の結合のために、全体の素地組成物重量に対して１１〜１５重量％にて含まれる。
【００１８】
（２）一方、本発明による素地組成物は、麦飯石粉及びシャモットをさらに含んでなってもよいが、この場合、好ましくは、黄土５０〜６８重量％、粘土９〜２０重量％、木粉３〜１０重量％、木質が炭化された炭素体粉末３〜７重量％、水１１〜１３重量％、陶器釉薬１〜５重量％及び麦飯石粉２〜５重量％、シャモット３〜７重量％を含んで混合される。前記組成物の造成範囲は、各成分の性質発現のために最適化した範囲である。
【００１９】
麦飯石粉は、微細孔からなって吸着性が強く、無機塩類の含有により重金属とイオンを交換する働きをし、且つ、遠赤外線を放出する性質を有する。これらの性質は本発明においてもそのまま発現される。
【００２０】
シャモットは、耐火粘土を１３００〜１４００℃の高温に加熱した後に粉砕して３ｍｍ以下に造粒化したものであり、耐火性を向上させると共に焼成時の収縮率を低下させるための添加する材料である。
【００２１】
シャモットの添加により、本発明による炭素層を有するセラミック造形物を煉瓦などの建築用資材にしたり、釜など耐火性が求められる造形物にする場合に耐火性を確保することが可能になる。
【００２２】
シャモットがさらに添加される場合、本発明において、１１〜１３重量％の水を含有させているが、これは、通常のセラミック製品の成形時よりは少量であり、シャモットの添加による収縮率の低下効果を考慮したものである。
【００２３】
２．炭素層を有するセラミック造形物の製造方法
本発明の炭素層を有するセラミック造形物の製造方法は、（１）前記炭素層を有するセラミック造形物用素地組成物を成形するステップと、（２）前記成形物を酸化炎により焼成するステップと、を含む。
【００２４】
上記の本発明の素地組成物は、陶器釉薬を成形物の表面に塗り付けるのではなく、成形物を製作するための原材料である素地組成物に含めている。これは、酸化炎だけを用いて焼成して内部に炭素層を有する二重構造のセラミック造形物を完成するためである。
【００２５】
陶器釉薬を含んでいない状態の原料から成形物を製作し、これを酸化炎により直ちに焼成すれば、木粉と木質が炭化された炭素体粉末が燃焼されながら気化（炭素成分が外部に噴出されてしまう。）されてその個所に微細な孔が穿孔されるため、多孔性セラミック造形物として完成されるであろう。一方、陶器釉薬を含んでいない状態の原料から成形物を製作し、焼成前に陶器釉薬を塗り付けて焼成すれば、陶器釉薬により被膜が成膜されて木粉と木質が炭化された炭素体粉末は燃焼されるものの、陶器釉薬の被膜に遮断されて気化できずに閉じ込まれるため、全体的に炭素体が形成されたセラミック造形物として完成されるであろう。
【００２６】
ところが、本発明においては、陶器釉薬を含む状態の素地組成物から成形物を製作するため、既存の方法のように還元炎の処理を行うことなく酸化炎により直ちに焼成する。この場合、陶器釉薬が被膜を成膜する前に成形物の表面にある木粉と、木質が炭化された炭素体粉末は燃焼されながら気化されるであろう。一方、内部にある木粉と、木質が炭化された炭素体粉末は燃焼中に陶器釉薬が成形物の被膜を成膜するため、内部にある木粉と木質が炭化された炭素体粉末は燃焼されるものの、それ以上気化できずに内部に閉じ込まれるであろう。これにより、内部に炭素層が形成された二重構造のセラミック造形物が完成される。
【００２７】
このとき、焼成ステップにおける温度は、釜における通常の陶器の焼成温度である１１５０〜１２５０℃にすることが好ましい。焼成作業は、火の流れや火の色相、煙などの変化に注意して適切に行われるように調節しなければならないが、通常の方法に従い行われればよい。
【００２８】
上記のようにして製造された本発明による炭素層を有するセラミック造形物は、炭化された炭素層を内部に含んでいることから断熱性に優れ、耐熱性が高く、遠赤外線を均一に放出するといった効果がある。
【００２９】
以下、実施例を参照して本発明を詳述する。
【実施例１】
【００３０】
表１の組成比にて素地組成物を混合し、煉瓦状及び板状にセラミック造形物を成形して１２００℃の釜において酸化炎により焼成した。
【００３１】
【表１】
2010523462.tif 000002
【００３２】
前記焼成後のセラミック造形物の断面写真を撮った結果は、図１及び図２に示す。断面を観察した結果、本発明によるセラミック造形物は、内部に黒色の炭素層を有する二重構造に形成されることを確認することができた。
【実施例２】
【００３３】
実施例１における＜表１＞の組成比にて素地組成物を混合して暖炉の形状に成形し、１２００℃の温度条件下で酸化炎により焼成してセラミック暖炉を製作した。
【００３４】
通常の陶器類が急熱、急冷の状況下に置かれると亀裂し易く且つ割れ易いが、これとは異なり、図３に示すように、本発明に従い製造されたセラミック暖炉は、高い耐火性及び耐熱性を併せ持つことから、火を焚いたり冷却する場合に発生する急熱、急冷の状況下でも亀裂が発生しない。また、暖炉に火を焚く場合、暖炉の内部温度が９００℃を超えるにも拘わらずに、外部を触る場合にも火傷を負わず、本発明に従い製造されたセラミック造形物が断熱性に優れているものであることを確認することができる。
【００３５】
本発明による炭素層を有するセラミック造形物からセラミック暖炉を製作時に、加熱により遠赤外線の発散値が最大化される炭素層の特性から、高い遠赤外線発散効果が得られるが、火を焚きながら持続的に使用しても、セラミック暖炉の内部の炭素層は陶器釉薬が被膜を成膜するため気化できず、その結果、炭素層が維持される。
【００３６】
一方、本発明によるセラミック造形物は、既存には陶器類が小型でしか製作できなかったものの、これとは異なり、図３に示すように、大型サイズに提供可能であることを確認することができる。
【００３７】
試験例１：定量分析
実施例１に従い製作されたセラミック造形物の成分を定量分析した結果は、表２の通りである。実験は、日本の岐阜県立セラミックス研究所に依頼して、ＪＩＳ  Ｒ  ２２１６方法に基づいて行われた。
【００３８】
【表２】
2010523462.tif 000003
【００３９】
上記のように、本発明によるセラミック造形物の定量分析に際し、通常、黄土製のセラミック造形物から見られることとは異なり、酸化カルシウムと酸化マグネシウム成分が見られるが、これは、普通炭から見られるものであり、本発明によるセラミック造形物が、木粉及び木質が炭化された炭素体粉末が焼成過程を経ながら内部に炭素層を形成することに起因するものであると見られる。
【００４０】
試験例２：遠赤外線放出
実施例１に従い製作されたセラミック造形物の遠赤外線放射率の測定は、日本の岐阜県立セラミックス研究所に依頼して、ＪＩＳ  Ｒ  １８０１方法に基づいて行われた。
【００４１】
その結果を示すグラフは、図４の通りである。図４中、ａは本発明による遠赤外線の放射率を示す。ｂは、点線にて一部表示された個所は比較のための個所であるが、天然鉱物の場合、いわゆる育成光線と呼ばれる６〜１２ミクロンの領域においてｂのように遠赤外線が低く現れる部分がある。これに対し、本発明によるセラミック造形物の場合、一定に高い放射率を示すことが測定された。また、本発明によるセラミック造形物の遠赤外線放射率は平均９３．５％と測定されたが、麦飯石よりは遠赤外線放射率が高いと知られている天創石と呼ばれる鉱物の場合にも、遠赤外線の放射率が平均９０％に過ぎないことから、本発明によるセラミック造形物の方がさらに優れた遠赤外線放射率を示すことが分かる。
【００４２】
試験例３：陰イオン集積能力
実施例１における表１の組成比にて混合した素地組成物から住宅の形状に成形した後、実施例１のように１２００℃の温度条件下で酸化炎により焼成して陶器住宅を製作した。そして、その内外部に陰イオンカウンター装備（Ion Counter & Recoder、２重円筒状１電極式測定）を設置し、午前１０時から午後１７時までの大気中陰イオン発生数値の変化量を測定した。測定機関は産業技術試験院である。陰イオンの測定結果は、表３の通りである。
【００４３】
【表３】
2010523462.tif 000004
【００４４】
上記のように、本発明によるセラミック造形物から製造した陶器住宅の内部を一般住宅の内部と比較する場合、陰イオンの発生数値が最大７．８倍（−１．９８９／−０．２５５）、最低４．５倍（−０．５８１／−０．１３０）、平均６．７倍（−１．２６６／−０．１８８）であることが分かり、且つ、陶器住宅の内部と外部を比較する場合、内部が平均２．３４倍高いことが分かる。すなわち、本発明によるセラミック造形物は高い陰イオン発生率を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、木粉と木質が炭化された炭素体粉末を一緒に含みながら陶器釉薬を混合した状態の組成物を成形することにより、酸化炎だけで焼成しても内部に炭化された炭素層を形成することが可能になることから、経済性に富み、しかも、簡単に二重構造の炭素層を有するセラミック造形物を完成することが可能になる。
【００４６】
本発明によるセラミック造形物は、一部の木粉と木質が炭化された炭素体粉末を焼成過程中に気化させることにより軽量化されるが、一定に高い遠赤外線放射率を示し、陰イオンの集積能力、湿度調節能力、消臭能力、優れた断熱性を有することから、煉瓦、タイルなど環境に優しい建築資材として利用可能である。なお、大型サイズに成形可能であることから、一般住宅や岩盤浴などの製作にも使用可能である。さらに、急冷、急熱にも変形されず、耐熱性、耐火性が強くてセラミック暖炉、太陽熱電池の集熱板などとしての使用も期待される。
【図１】
2010523462.tif 000005
【図２】
2010523462.tif 000006
【図３】
2010523462.tif 000007
【図４】
2010523462.tif 000008
【国際調査報告】
2010523462.tif 000009
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