(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャモットと可塑性付与剤と粘結剤と水とを一緒に混合して混合物を得た後、前記混合物を瓦用粘土に加えて更に混合する瓦用原料の製造方法であって、
前記可塑性付与剤がベントナイト、木節粘土、蛙目粘土、又はロウ石であり、
前記粘結剤がリグニン、フミン酸、ワラストナイト、又は石灰であり、
前記瓦用粘土が瓦の製造に用いられる一般的な粘土質原料であることを特徴とする瓦用原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャモットを含有した粘土瓦を製造するための原料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘土瓦の製造工程で発生する不良品の瓦や、家屋の解体工事により発生する廃棄瓦などは、年々大量に発生している。
昨今、地球環境への配慮から、不良品の瓦については粉砕されてシャモットとされ、窯業製品の原料の一部として再利用されているものの、その割合は現実には少ない。
特に廃棄瓦については、現実には再利用されずに、単に廃棄物として埋め立てられている。
このような現状から、廃棄瓦についても、粉砕してシャモットとし、窯業製品の原料の一部として再利用されることが求められ、特に、不良品の瓦を粉砕したシャモットとともに、粘土瓦の原料の一部として大量に再利用されることが求められている。
【０００３】
従来、シャモットを含有した粘土瓦においては、瓦用粘土に、木節粘土、ワラストナイト、及び石灰から選ばれた少なくとも一種の粘結剤を３〜１５重量％と粒度１ｍｍ以下のシャモットを１５〜５５重量％とを混合し、得られた三成分の混合物に水を加えた瓦用原料が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この従来例においては、瓦用粘土とシャモットに、木節粘土、ワラストナイト、及び石灰から選ばれた少なくとも一種の粘結剤を加えたことから、粘土に比べて可塑性が低いシャモットを含有することによって生じる原料の可塑性の低下を抑制することができ、原料に大量のシャモットを含有したとしても、原料の成形性を高めることが期待できた。
【０００５】
そのほか、瓦用粘土を４０〜６０重量％と、シャモットを４０〜６０重量％と、可塑性付与剤であるベントナイトを１〜２重量％と、粘結剤であるリグニンを０．５〜２重量％とを混合した瓦用原料や、瓦用粘土を４０〜６０重量％と、シャモットを４０〜６０重量％と、可塑性付与剤であるベントナイト、カオリン、又は滑石（タルク）のいずれかの一種を１〜２重量％と、粘結剤であるリグニンを０．２５重量％と、粘結剤であるフミン酸を０．２５重量％とを混合した瓦用原料が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、これらの従来例における瓦用原料では、シャモットと瓦用粘土とを一緒に混合するため、可塑性付与剤と粘結剤とが、シャモットと瓦用粘土との双方に分散してしまうことから、シャモットの粒子に満遍なく可塑性付与剤と粘結剤とを付着させることができないおそれがあった。
このため、シャモットの粒子間の結合力や、シャモットの粒子と瓦用粘土の粒子との間の結合力が弱くなるとともに、原料の可塑性の低下を抑制して成形性を高めることができず、所望の瓦形状を成形することができないおそれがあった。
【特許文献１】特開２０００−２５６０５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２４０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、原料に大量のシャモットを含有したとしても、可塑性付与剤と粘結剤とを効率良く活用し、シャモットの粒子に満遍なく可塑性付与剤と粘結剤とを付着させ、シャモットの粒子間の結合力や、シャモットの粒子と瓦用粘土の粒子との間の結合力を高めるとともに、可塑性の低下を抑制して成形性を高め、所望の瓦形状を成形することができる瓦用原料とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、
シャモットと可塑性付与剤と粘結剤と水とを一緒に混合して混合物を得た後、前記混合物を瓦用粘土に加えて更に混合する瓦用原料の製造方法であって、前記可塑性付与剤がベントナイト、木節粘土、蛙目粘土、又はロウ石であり、前記粘結剤がリグニン、フミン酸、ワラストナイト、又は石灰であり、前記瓦用粘土が瓦の製造に用いられる一般的な粘土質原料であることを特徴とする瓦用原料の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の発明は、上記のように構成されているから、以下の作用効果を奏する。
シャモットと可塑性付与剤と粘結剤と水とを、まずは瓦用粘土を加えることなく混合することから、可塑性付与剤と粘結剤とを、シャモットと瓦用粘土との双方に分散させることなく、シャモットの粒子に満遍なく付着させることができるため、シャモットの粒子間はもちろんのこと、シャモットの粒子と瓦用粘土の粒子との間の結合力が高められるとともに、原料全体の可塑性の低下が抑制されて成形性が高められた瓦用原料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、シャモットを含有した粘土瓦の製造に用いるための原料であって、シャモットと可塑性付与剤と粘結剤と水とを混合してなるものを一次原料とし、後にこの一次原料を瓦用粘土に加えて混合したものである。
【００２３】
シャモットは、粘土瓦の製造工程で発生する不良品の瓦や、家屋の解体工事により発生する廃棄瓦などを粉砕機により粉砕したものである。
シャモットは、瓦表面に細かな凹凸を発生させて美観を損ねることがないように、粒径が０．５ｍｍ以下のものを用いる。
なお、上記の粒径は１ｍｍ以下のものであっても良い。
【００２４】
可塑性付与剤は、ベントナイト、木節粘土、蛙目粘土、又はロウ石のいずれかの一種を用いる。
なお、これらの可塑性付与剤は、同時に数種又は全種用いるとしても良い。
これらの可塑性付与剤は、シャモットの粒子に満遍なく付着することにより、シャモット全体の可塑性の低下を抑制する。
【００２５】
ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物であって、膨潤性に富んだ性質を持ち、水分を得ることにより、自らの体積を何倍にも膨張させることができるものである。
木節粘土は、花崗岩に由来する風化堆積粘土であって、炭化した木片を含むものであり、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、石英、モンモリロナイト、イライトなどを伴うものである。
【００２６】
蛙目粘土は、花崗岩の風化によって生成された粘土であって、石英の粗粒が多く含まれるとともに、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライトなどを伴うものである。
ロウ石は、パイロフィライトを含む粘土質原料であって、カオリン、セリサイトを主としたものである。
【００２７】
粘結剤は、リグニン、フミン酸、ワラストナイト（珪石灰）、又は石灰のいずれかの一種を用いる。
なお、これらの粘結剤は、同時に数種又は全種用いるとしても良い。
これらの粘結剤は、シャモットの粒子に満遍なく付着することにより、いわゆる糊の働きをし、シャモットの粒子間の結合力や、シャモットの粒子と瓦用粘土の粒子との間の結合力を高める。
【００２８】
リグニンは、植物の細胞間にある高分子化合物であって、パルプ生産時の副産物である蒸解溶出液を原液として精製されたものであり、リグニンスルホン酸を主成分とした粘結性の高い性質を持つものである。
【００２９】
なお、リグニンについては、液状のものであって、含水率が５０重量％であるものを用いる。
この場合、リグニンが効率的に流動することとなり、シャモットの粒子の隅々へリグニンと可塑性付与剤とを効率良く行き渡らせることができ、シャモットの粒子に満遍なくリグニンと可塑性付与剤とを付着させることができる。
【００３０】
なお、リグニンの含水率は５０重量％であるものに限定されず、１０〜９０重量％の範囲内にあるものであれば良い。
また、リグニンは液状のものでなくても、乾燥させた粉末状のものであっても良い。
その場合には、混合される水のみによってリグニンと可塑性付与剤とを流動させることとなる。
【００３１】
フミン酸は、フミン質（腐植質）を構成する酸性成分の一種であって、バインダー効果を持つものである。
ワラストナイト（珪石灰）は、石灰岩と花崗岩との接触により変性したものであり、繊維状や細い柱状結晶の集合体であって、これらを粉砕したものである。
石灰は、生石灰（酸化カルシウム、ＣａＯ）又は消石灰（水酸化カルシウム、Ｃａ（ＯＨ）２）を指すものである。
【００３２】
瓦用粘土は、瓦の製造に用いられる一般的な粘土質原料であって、鉱物組成が、石英、長石、セリサイト、ロウ石鉱物、スメクタイト、緑泥石などであり、化学組成が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）などのものである。
【００３３】
シャモットと可塑性付与剤と粘結剤と水との混合は混合機により行われる。
その際、可塑性付与剤の含有量をシャモットの重量に対する１〜１０重量％とし、粘結剤の含有量をシャモットの重量に対する１〜１０重量％とし、水の含有量をシャモットの重量に対する３０〜４０重量％として設定し、混合する。
【００３４】
なお、可塑性付与剤と粘結剤の各含有量は、シャモットの重量に対して１〜１０重量％に限定することなく、非常に高い可塑性と粘結性とを望む場合には、これらの各含有量を単に増やしてやれば良い。
【００３５】
なお、水はシャモットと可塑性付与剤と粘結剤と同時に混合することなく、後に、シャモットと可塑性付与剤と粘結剤とを混合した混合物に、混合することを予定した瓦用粘土に予め加えて混合させても良い。
その場合には、水の含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１５〜２０重量％として設定する。
【００３６】
瓦用粘土を加えることなく、シャモットと可塑性付与剤と粘結剤と水とを混合機によって混合することにより、可塑性付与剤と粘結剤とを、シャモットと瓦用粘土との双方に分散させることなく、シャモットの粒子に満遍なく付着させることができる。
このため、粘結剤がシャモットの粒子間の結合力を高めるとともに、可塑性付与剤が粒子間の結合力が高められたシャモット全体の可塑性の低下を抑制して成形性を高めることができる。
【００３７】
上記によって得られた原料は、一次原料として、一般的なサイロに格納することによって保存され、後に瓦用粘土に加えられて混合するに際して、その都度、必要な量がサイロから搬出されることとなる。
なお、一次原料は、サイロに格納して保存することに限定されず、密閉可能な容器や袋などに入れて保存しても良い。
【００３８】
後に搬出された一次原料は、瓦用粘土に加えられ、混合機によって再度混合される。
その際、一次原料の含有量を一次原料と瓦用粘土とを合わせた全体の４０〜６０重量％と設定し、瓦用粘土の含有量を一次原料と瓦用粘土とを合わせた全体の４０〜６０重量％と設定する。
【００３９】
なお、一次原料の含有量を一次原料と瓦用粘土とを合わせた全体の４０〜６０重量％に限定することなく、シャモットと瓦用粘土との含有比率の組み合わせを様々なものとしても良い。
その際には、瓦用粘土に混合する一次原料の含有量を単に調整することにより、シャモットの含有比率の高低を調整することができる。
【００４０】
前述のとおり、一次原料は、可塑性付与剤と粘結剤とがシャモットの粒子に満遍なく付着していることから、一次原料が瓦用粘土に加えられて混合された際にも、粘結剤が、シャモットの粒子間はもちろんのこと、シャモットの粒子と瓦用粘土の粒子との間の結合力を高めるとともに、可塑性付与剤が、一次原料の可塑性の低下を抑制しつつ、全体の可塑性の低下を抑制することによって、成形性を高めることができる。
【００４１】
このため、こうして得られた新たな原料は、大量のシャモットを含有するものの、成形性に何ら問題を生じさせることなく、真空土練機とプレス機とを介して所望の瓦形状に成形することができ、続く乾燥工程、施釉工程、焼成工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げることができる。
【実施例１】
【００４２】
以下、実施例１について、表１を参照しながら説明する。
表１は、従来の瓦用原料と本発明の瓦用原料との成形性の比較実験の結果を示したものである。
なお、以下に説明するシャモット、瓦用粘土、及び可塑性付与剤であるベントナイトの成分の重量比は、すべて乾燥重量にて表している。
【００４３】
【表１】
0005277472.tif 000002
【００４４】
表１の「従来の瓦用原料」とは、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、瓦用粘土の含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する０．５重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１７重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものである。
【００４５】
表１の「本発明の瓦用原料」とは、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する０．５重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１７重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものを一次原料とし、さらに、一次原料を約２４時間放置した後、含有量をシャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とした瓦用粘土に加え、混合機によって再度混合したものである。
【００４６】
実験は、それぞれの瓦用原料について、一般的な一軸圧縮試験方法に準じた次の測定方法によりおこなった。
まず、瓦用原料を試験片として、直径２０ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱体に成形した。
そして、試験片の一端の円形面を底面とし、他端の円形面を上面として、試験片を電子天秤に載置した。
【００４７】
次に、試験片の上面に対して、先端が平面に設けられたプランジャを上方から鉛直方向に下降させ、プランジャの先端面と試験片の上面とが接した位置にていったん停止させ、その位置を変位０ｍｍとした。
さらに、プランジャを下降させ、プランジャの加圧に伴う試験片の変位の大きさ（ｍｍ）と、試験片が変位した際のプランジャにより加えられる力の大きさ（Ｎ）を測定した。
【００４８】
その結果、表１に示すとおり、本発明の瓦用原料は、従来の瓦用原料に比べて少ない力により変位可能であることが分かった。
つまり、本発明の瓦用原料は、従来の瓦用原料に比べて変形させやすいといえることから、成形性が高いものであることが明らかとなった。
【実施例２】
【００４９】
以下、実施例２について、表２を参照しながら説明する。
表２は、六種類の瓦用原料の曲げ強度の比較実験の結果を示したものであり、実施例１とは別な観点からそれぞれの原料の成形性を示したものである。
なお、以下に説明するシャモット、瓦用粘土、及び可塑性付与剤であるベントナイトの成分の重量比は、すべて乾燥重量にて表している。
【００５０】
【表２】
0005277472.tif 000003
【００５１】
表２の「原料Ａ」とは、従来の瓦用原料を指すものであり、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、瓦用粘土の含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１．５重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１８重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものである。
【００５２】
表２の「原料Ｂ」とは、従来の瓦用原料を指すものであり、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、瓦用粘土の含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１．５重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１９重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものである。
【００５３】
表２の「原料Ｃ」とは、従来の瓦用原料を指すものであり、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、瓦用粘土の含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１．５重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する２０重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものである。
【００５４】
表２の「原料Ｄ」とは、本発明の瓦用原料を指すものであり、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１．５重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１８重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものを一次原料とし、さらに、一次原料を約４８時間放置した後、含有量をシャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とした瓦用粘土に加え、混合機によって再度混合したものである。
【００５５】
表２の「原料Ｅ」とは、本発明の瓦用原料を指すものであり、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１．５重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１９重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものを一次原料とし、さらに、一次原料を約４８時間放置した後、含有量をシャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とした瓦用粘土に加え、混合機によって再度混合したものである。
【００５６】
表２の「原料Ｆ」とは、本発明の瓦用原料を指すものであり、シャモットの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とし、可塑性付与剤であるベントナイトの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１．５重量％とし、粘結剤であって含水率を５０重量％としたリグニンの含有量を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する１重量％とし、水を、シャモットと瓦用粘土との合計重量に対する２０重量％とし、これらの成分を一緒に混合機によって混合したものを一次原料とし、さらに、一次原料を約４８時間放置した後、含有量をシャモットと瓦用粘土との合計重量に対する５０重量％とした瓦用粘土に加え、混合機によって再度混合したものである。
【００５７】
実験は、上記の原料Ａ〜Ｆのそれぞれについて、一般的な三点曲げ試験法に準じた次の測定方法によりおこなった。
まず、それぞれの原料を試験片として、幅６０ｍｍ、厚さ１８ｍｍ、長さ１７０ｍｍの直方体に成形した後、試験片を、スパン１１５ｍｍの両端に平行に並べた２本の直径３７ｍｍの硬性プラスチック製の丸棒にて支持した。
【００５８】
次に、上記２本の丸棒に対して平行となるように配置された１本の直径１２ｍｍの鋼製丸棒を、試験片の中央上面に対して上方から鉛直方向に降下させ、試験片が破断した際の鋼製丸棒により加えられる力の大きさ（Ｎ）と、試験片が破断した際の破断距離（ｍｍ）とを測定した。
なお、ここでいう破断距離とは、降下する鋼製丸棒と試験片の上面とが接触する位置を０ｍｍとし、この位置から試験片が破断した際の鋼製丸棒の降下位置までの距離をいう。
【００５９】
表２の結果から以下のことが示された。
同じ含水率である原料Ａと原料Ｄとを比較した場合、原料Ｄは原料Ａに対して、力が約１７％も高く、かつ破断距離が約２３％も高かった。
また、同じ含水率である原料Ｂと原料Ｅとを比較した場合、原料Ｅは原料Ｂに対して、力が２０％も高く、かつ破断距離が約２６％も高かった。
さらに、同じ含水率である原料Ｃと原料Ｆとを比較した場合、原料Ｆは原料Ｃに対して、力が約２６％も高く、かつ破断距離が約１８％も高かった。
【００６０】
よって、本発明の瓦用原料である原料Ｄ、Ｅ、Ｆは、従来の瓦用原料である原料Ａ、Ｂ、Ｃに比べて、力及び破断距離が共に大きいことから、曲げ強度が高く、外部からの圧力に対する粘り強さがあることが分かった。
つまり、本発明の瓦用原料は、従来の瓦用原料に比べて破壊されにくく、保形性に優れているといえることから、成形性が高いものであることが明らかとなった。
【００６１】
このため、瓦の製造工程における成形ライン、乾燥ライン、施釉ライン、及び焼成ラインなどの各ライン間の瓦用把持具による移載に際しても、本発明の瓦用原料を用いて成形された瓦素地であれば、成形性が高いものであることから衝撃にも十分耐えることができ、割れや欠けなどの損傷が発生しにくいものとなる。