(57)【要約】【課題】  従来例えば黒色の瓦を製造する場合、釉薬で着色する方法が一般的であるが、釉薬で着色した黒色系窯業製品は表面に光沢ができるため、そのような光沢が全体の雰囲気と調和しない場合がある。従って光沢の無い自然な風情を持った黒色系窯業製品を製造するための技術は、黒色系窯業製品の用途を広げる上で極めて重要である。【解決手段】  少なくとも次の（ａ）〜（ｃ）の工程よりなる黒色系窯業製品の製造方法を提供する。  （ａ）鉄化合物を含む窯業原料で成形した素地を酸化雰囲気で焼成する工程。  （ｂ）前記素地を炭化水素ガスを主成分とする燻化剤で燻化する工程。  （ｃ）（ｂ）工程で炭化水素ガスにより素地表面に形成された炭素皮膜を酸化・焼失させる工程。【選択図】        図１
2005060169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも次の（ａ）〜（ｃ）の工程よりなることを特徴とする黒色系窯業製品の製造方法。
（ａ）鉄化合物を含む窯業原料で成形した素地を酸化雰囲気で焼成する工程。
（ｂ）前記素地を炭化水素ガスを主成分とする燻化剤で燻化する工程。
（ｃ）（ｂ）工程で炭化水素ガスにより素地表面に形成された炭素皮膜を酸化・焼失させる工程。
【請求項２】
少なくとも次の（ｄ）〜（ｇ）の工程よりなることを特徴とする黒色系窯業製品の製造方法。
（ｄ）鉄化合物を含む窯業原料で成形した素地を酸化雰囲気で焼成する工程。
（ｅ）前記素地を炭化水素ガスを主成分とする燻化剤で燻化する工程。
（ｆ）前記素地を外気から遮断しつつ冷却する工程。
（ｇ）前記（ｆ）工程で冷却しきる前の素地に酸素を接触させて前記（ｅ）工程で炭化水素ガスにより素地表面に形成された炭素皮膜を酸化・焼失させる工程。
【請求項３】
前記窯業原料に含まれる鉄化合物の割合は、Ｆｅ２Ｏ３の検出値で２重量％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の黒色系窯業製品の製造方法。
【請求項４】
前記窯業原料に含まれる鉄化合物の割合は、Ｆｅ２Ｏ３の検出値で５重量％以上であることを特徴とする請求項３記載の黒色系窯業製品の製造方法。
【請求項５】
炭素皮膜を酸化・焼失させるときの素地の温度が約７００℃以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の黒色系窯業製品の製造方法。
【請求項６】
焼成炉と、
炉内を加熱する加熱手段と、
炉内に燻化剤を導入する燻化剤導入手段と、
炉内に酸素を導入する酸素導入手段と、
前記請求項２に記載の少なくとも（ｄ）〜（ｇ）の工程を実行させる制御手段と、
を有する黒色系窯業製品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は黒色系の瓦や黒色系の煉瓦など、黒色系窯業製品を製造する製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば黒色の瓦を製造する場合、素地に釉薬を塗布して着色し、これを焼成して仕上げる方法が一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
釉薬で着色した黒色系窯業製品は表面に光沢ができる。しかしながら黒色系窯業製品を使用する場所によっては、そのような光沢が全体の雰囲気と調和しない場合がある。従って光沢の無い自然な風情を持った黒色系窯業製品を製造するための技術は、黒色系窯業製品の用途を広げる上で極めて重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載したように少なくとも次の（ａ）〜（ｃ）の工程よりなる黒色系窯業製品の製造方法を提供する。
（ａ）鉄化合物を含む窯業原料で成形した素地を酸化雰囲気で焼成する工程。
（ｂ）前記素地を炭化水素ガスを主成分とする燻化剤で燻化する工程。
（ｃ）（ｂ）工程で炭化水素ガスにより素地表面に形成された炭素皮膜を酸化・焼失させる工程。
【０００５】
請求項２に記載したように少なくとも次の（ｄ）〜（ｇ）の工程よりなる黒色系窯業製品の製造方法を提供する。
（ｄ）鉄化合物を含む窯業原料で成形した素地を酸化雰囲気で焼成する工程。
（ｅ）前記素地を炭化水素ガスを主成分とする燻化剤で燻化する工程。
（ｆ）前記素地を外気から遮断しつつ冷却する工程。
（ｇ）前記（ｆ）工程で冷却しきる前の素地に酸素を接触させて前記（ｅ）工程で炭化水素ガスにより素地表面に形成された炭素皮膜を酸化・焼失させる工程。
【０００６】
前記窯業原料に含まれる鉄化合物の割合は、好ましくは請求項３に記載したようにＦｅ２Ｏ３の検出値が２重量％以上であり、また、さらに好ましくは請求項４に記載したようにＦｅ２Ｏ３の検出値が５重量％以上である。
また、請求項５に記載したように炭素皮膜を酸化・焼失させるときの素地の温度は約７００℃以下にするのがよい。
【０００７】
また、請求項６に記載したように、焼成炉と、炉内を加熱する加熱手段と、炉内に燻化剤を導入する燻化剤導入手段と、炉内に酸素を導入する酸素導入手段と、前記請求項２に記載の少なくとも（ｄ）〜（ｇ）の工程を実行させる制御手段と、を有する黒色系窯業製品の製造装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の製造方法により、光沢のない自然な風情を持った黒色系窯業製品が製造できる。なお、そのメカニズムは次のように推測される。すなわち先ず、（ａ）工程で窯業原料に含まれている鉄化合物が酸化されてＦｅ２Ｏ３に変化する。次に（ｂ）工程でそのＦｅ２Ｏ３が還元されてその殆どが黒いＦｅ３Ｏ４に変化し、その影響で素地全体が黒色に変化する。しかし一方、燻化により素地の表面に炭素皮膜が形成されるため、この時点で素地の外観は金属様の銀色を呈する。次に（ｃ）工程で素地表面を覆っている炭素皮膜が酸化・焼失するから、素地自体の黒色が外部に現れる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、焼成した素地を冷却する過程の熱を利用して炭素皮膜を酸化・焼失させるようにしたから燃料の無駄がなく頗る効率がよい。
【００１０】
また、焼成後の窯業製品の色と窯業原料の中に含まれる鉄化合物の量の関係を実験により確認した結果、請求項３のように窯業原料の中に含まれる鉄化合物の割合をＦｅ２Ｏ３の検出値で２重量％以上とすることにより、最低でも白味を帯びた、つまり灰色掛かった黒色系窯業製品が得られることが判った。また、請求項４のように窯業原料に含まれる鉄化合物の割合がＦｅ２Ｏ３の検出値で５重量％以上あればほぼ真っ黒な黒色系窯業製品を得ることができる。
【００１１】
また、一旦黒くなった素地も酸素に接触するときの温度が高いと酸化されて赤味を帯びるが、請求項５のように炭素皮膜を酸化・焼失させる時の素地の温度が約７００℃以下であれば黒味の方が勝った黒色系窯業製品が得られる。
なお、実験によれば炭素皮膜を酸化・焼失させる時の素地の温度と製品色の関係は次のとおりであった。すなわち、酸素と接触しても炭素皮膜が酸化・焼失しない素地の温度は焼成炉の形式などの相違で若干のバラツキがあるもののほぼ４５０℃以下であり、これより素地の温度が低いと表面に炭素皮膜が残って綺麗な黒色系窯業製品は得られない。素地の温度がその下限温度からほぼ６５０℃の範囲にあるとき黒色を呈し、その範囲の中でほぼ５５０℃の温度でほぼ純粋な黒色を呈する。そして素地の温度が６５０℃から７００℃に近づくに従い白味を帯びた黒色から赤味を帯びた黒色に変化する。この実験結果を利用すれば、素地の温度（もちろん炉内温度を検出して素地の温度を推測してもよい。）を制御することにより、好みの色合いの黒色系窯業製品が製造できる。
【００１２】
また、請求項６の製造装置を使用することにより、簡単且つ低コストに黒色系窯業製品が製造できる。
【実施例１】
【００１３】
黒色系窯業製品たる黒色系の瓦を製造する製造装置１を図１〜図３により説明する。製造装置１はバッチ式であり、焼成炉２と、その焼成炉２の中を加熱する加熱手段３と、焼成炉２の中にガスを導入し且つ余分なガスを排気するガス供給排気手段４とで概略構成される。
【００１４】
前記焼成炉２は、四角い炉床２ａの全周を三つの炉壁２ｂと一つの開閉自在なドア２ｃで囲い、さらにその上面を炉天井２ｄで塞いだ箱形態であり、ドア２ｃに対向する炉壁２ｂの下部に煙道２ｅを形成し、その煙道２ｅに煙突２ｆを接続してなる。
【００１５】
前記加熱手段３は、燃料に空気を混ぜて燃焼させ吹き出す火炎で焼成炉２の中を加熱するバーナーであって複数個設けられており、その夫々が向かい合う二つの炉壁２ｂ，２ｂの上下位置にバランス良く配置されている。
【００１６】
ガス供給排気手段４は、炉天井２ｄに配置したガス導入パイプ４ａと、煙道２ｅから煙突２ｆに抜ける排気通路と、その排気通路を開閉する着脱自在なダンパー４ｂ（図３参照）と、そのダンパー４ｂに設けたガス排出筒４ｃと、ガス排出筒４ｃを開閉するキャップ４ｄとからなる。なお、図示しないがガス導入パイプ４ａには燻化剤、空気、窒素ガスなどを充填した複数のガスボンベが並列に接続されていて、各ガスボンベに設けられている電磁弁のＯＮ・ＯＦＦが制御手段により制御される。
【００１７】
次に上記製造装置１による瓦の製造方法について説明する。但し、窯業原料を成形して素地にするまでの工程は従来の瓦と同じであるため説明を省略する。なお、実施例１で使用した窯業原料にはＦｅ２Ｏ３としての検出値で５.４重量％〜６.７重量％の鉄化合物が含まれている。
【００１８】
まず、瓦形に成形して乾燥させた素地を複数枚起立状態にして耐火パレット５に並べ、その耐火パレット５を多段に積み上げ、その積み上げた耐火パレット群を焼成炉２内に適宜な間隔で並べる。瓦の総数は４０００枚である。この状態で焼成炉２のドア２ｃを閉め、図３（イ）のように排気通路を開いた状態にして加熱手段３に点火し、炉内に火炎を吹き込んで加熱する。加熱手段３は、約７時間かけて炉内を１１００℃に昇温し、さらに１１００℃で１時間保持するように制御する。この段階での焼成を酸化雰囲気で行うことにより窯業原料に含まれている鉄化合物の殆どがＦｅ２Ｏ３になる。
【００１９】
次に加熱手段３を停止させ、焼成炉２内に送風して８８０℃まで急激に冷却し、炉内温度を均一にする目的で送風を停止して約１時間そのまま放置する。その後、図３（ロ）のようにダンパー４ｂで排気通路を閉じつつもガス排出筒４ｃのキャップ４ｄを外した状態でさらに約１時間放置する。送風を停止すると、一時的に降下していた炉内温度は約１時間で９００℃〜９１０℃に上昇する。
【００２０】
次にガス導入パイプ４ａから炭化水素ガス（ＬＰＧ，灯油等）を主成分とする燻化剤を炉内に充填しその状態を３０分間継続させる。よってこの段階ではガス導入パイプ４ａが燻化剤導入手段となる。３０分経過後の炉内温度は約８７０℃である。導入する燻化剤の量は例えばＬＰＧを主成分とする場合、４０００枚の瓦に対して１０ｍ３程度でよい。この還元雰囲気による燻化工程で素地中のＦｅ２Ｏ３が還元されてその殆どが黒いＦｅ３Ｏ４に変化しその影響で素地全体が黒色に変化すると共に素地の表面が薄い炭素皮膜で覆われ全体が金属のような銀色を呈していると推測される。
【００２１】
次に炉内にガス導入パイプ４ａから窒素ガスを導入して炉内に残留する燻化剤を排出し、その後図３（ハ）のようにダンパー４ｂのガス排出筒４ｃにキャップ４ｄを被せて閉じる。こうして炉内を窒素ガスで満たすことにより外気の炉内侵入を防止することができ、また、燻化剤を排出したことで次の工程で空気を導入しても爆発の危険がない。なお、燻化剤がシールの隙間などから漏れ出て自然に排気されるような焼成炉の場合は、敢えて窒素ガスを導入する必要はない。
【００２２】
こうして外気を遮断した状態で５５０℃まで自然冷却した後、前記キャップ４ｄを外してガス排出筒４ｃを開き、今度はガス導入パイプ４ａから空気を２５Ｎｍ３／ｈの割合で炉内に導入する。これによって炉内に酸素が満ちて素地に接触する。従ってここではガス導入パイプ４ａが酸素導入手段である。
【００２３】
しかして５５０℃の炉内に酸素を導入すると、素地の表面を覆っていた炭素皮膜が酸化して約３０分で焼失する。もちろんその段階で空気の導入を止めてもよいが、冷却も兼ねて炉内温度が２７０℃程度になるまで空気の導入を続行する。
【００２４】
こうして製造した瓦は、製造途中の段階で表面を覆っていた炭素皮膜が完全に焼失し、素地の表面が露出して黒色を呈する。
【００２５】
なお、いうまでもなく上記加熱手段、燻化剤導入手段、酸素導入手段などの各制御はコンピュータである制御手段のプログラムに従い自動運転で行うことができる。
【００２６】
以上本発明を実施例について説明したが、もちろん本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば実施例では黒色系窯業製品として瓦を例示したが、本発明は煉瓦、タイル、道路用ブロックなど、あらゆる黒色系窯業製品に適用できる。
【００２７】
また、実施例では素地表面の炭素皮膜を酸化・焼失させるのに焼成した素地を冷却する過程の熱を利用するようにしたが、例えば焼成した素地を炭素皮膜が酸化・焼失しない温度まで一旦冷却し、その後炭素皮膜が酸化・焼失する実施例１の温度域にまで再加熱して素地に酸素を接触させるようにしてもよい。この場合、焼成炉２から一部の窯業製品を取り出して炉内に残した窯業製品だけを真っ黒に仕上げ、次にその窯業製品と先に取り出した窯業製品を入れ替えて炉内の加熱温度を変更し、その窯業製品を例えば赤味掛かった黒色、或いは白味掛かった黒色に仕上げる、というように色分けすることができる。
また、実施例ではバッチ式の焼成炉２を開示したが、台車式のトンネルキルンのような連続式の焼成炉を使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】製造装置の縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】（イ）〜（ハ）は排気通路を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  …製造装置
２  …焼成炉
３  …加熱手段
４ａ…ガス導入パイプ（燻化剤導入手段、酸素導入手段）
【図１】
2005060169.tif 000003
【図２】
2005060169.tif 000004
【図３】
2005060169.tif 000005