(57)【要約】【課題】ダイヤモンドカッター等で短時間で加工することができ、しかも刃の摩耗が少ない加工性に優れた軽量タイルを提供すること。【解決手段】耐火原料配合物に発泡剤あるいは燃焼により消失する物質添加し、水やバインダー等を添加して、混練後成形し、乾燥、焼成することで、直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔の割合を４０〜８０体積％、見掛け気孔率を１６〜３０％、曲げ強さを５０〜１５０Ｎ／ｃｍとした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔が４０〜８０体積％であり、見掛け気孔率が１６〜３０％、及び曲げ強さが５０〜１５０Ｎ／ｃｍであることを特徴とする軽量タイル。
【請求項２】
化学成分としてＳｉＯ２を６０〜９０質量％、Ａｌ２Ｏ３を５〜２０質量％、アルカリ金属酸化物及び／またはアルカリ土類金属酸化物を３〜１５質量％含有し、結晶層としてはコランダム及び石英が合量で３０質量％以下で、しかもワラストナイトを０．５〜２０質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の軽量タイル。  
【請求項３】
耐火原料配合物に、平均粒径１０〜２００μｍ以下のシャモット系耐火原料を２０〜５０質量％、及び平均粒径４０〜２００μｍの珪石、珪砂、あるいはろう石のうち１種以上を５〜２５質量％含有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軽量タイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量タイル、とくに、建材に適した多孔質セラミックスからなる軽量タイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
建材用としてのタイルは、建築物の外装あるいは内装に広く使用されている。とくに、軽量タイルは軽いため作業性に優れ、複数の軽量タイルを基材に貼り付けて一体化したパネルとしても軽量であるという利点がある。
【０００３】
通常、軽量タイルは気孔を多く含んだ組織とすることで軽量化している。その気孔を形成する方法としては、陶石、長石、粘土等から成る耐火原料配合物に有機粉末等の燃焼により消失する物質を添加して気孔を形成する方法、または、耐火原料配合物に発泡剤を添加して焼成中に発泡させることで気孔を形成する方法が一般的である。
【０００４】
燃焼により消失する物質としては、カーボンブラック、コークス粉、石炭粉末、紙屑、おが屑、あるいは合成樹脂粉末等が使用されており、形成する気孔の径は使用する燃焼消失物質の大きさに依存している。このため形成する気孔径は制御しやすく、また、焼成時の寸法のバラツキも比較的少ないという利点がある。
【０００５】
焼成中に発泡する発泡剤としては、炭化珪素があり、通常、陶石、ガラス、長石、及び／または粘土等の耐火原料配合物に炭化珪素を添加して、混練成形し、焼成する。焼成中に成形体がガラス状の粘りのある状態になるタイミングで発泡剤によってガスを発生させることで、組織中に気泡を多く取り込むことができる。これによって、軽量タイルは数百ミクロンからサブミクロンまでの小さな気孔を数多く有する組織となる。しかしながら、気孔が多くなり過ぎたり、あるいは気泡どうしが合体して大きな気泡に成長すると、強度が低下してくる問題がある。気泡の数や大きさは、通常、発泡剤の量や粒径、あるいは焼成温度でコントロールしている。さらに、焼成中に急激に軟化変形しないように、耐火原料の配合割合についても検討されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、粘土６０〜１０重量部、長石４０〜９０重量部及びガス発生成分２重量部以下を混合及び成形した後、１１００〜１３００℃で焼成することで、直径が２０〜２００μｍ程度の独立気孔を有し、比重が１．０〜２．０程度、曲げ強度が１８０〜３００ｋｇ／ｃｍ２の軽量発泡体が得られることが記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献２には、嵩比重１．２〜１．８、気孔率２０〜５０％であり、気孔のうち直径０．１μｍ以下の微細気孔の割合が５０％以上であるセラミック建材が記載されている。また耐火原料として、長石、粘土及び珪砂を、発泡剤としてＳｉＣ粉末を使用することが記載されている。
【０００８】
しかしながら、このような材料を軽量タイルとして建築物に使用する場合には、壁面等の寸法に合わせて、施工者が軽量タイルを切断する作業が必ず加わる。軽量タイルを切断するためには、ダイヤモンドを使用した専用のカッターで加工するが、軽量タイルが固い場合には、切断に時間を要し作業能率が低下し、さらにカッターの刃が直ぐに摩耗してしまう問題がある。カッターの刃は高価なダイヤモンドを使用しているために、摩耗が早いと、経済的な負担が大きい。したがって、軽量タイルには加工のしやすさが求められている。
【０００９】
これに対して、特許文献３には、直径が０．０１〜１５０μｍの開気孔のうち、直径２〜２０μｍの開気孔が７５容積％以上を占め、直径２μｍ未満の開気孔は２０容積％以下であり、直径２０μｍを超える開気孔が１０容積％以下である陶器質焼結体が記載されている。そして、直径２〜２０μｍの気孔が全体の７５容積％以上であることは、機械加工性が良好な特性を示す要件であり、７５容積％未満になると加工時の抵抗が大きく、また、工具の摩耗や損傷も大きくなることが記載されている。
【００１０】
確かに、このように気孔径をコントロールすることで加工性は改善されるが、例えば建築現場のカッターでも簡単に切断できるよう実用性をさらに向上させるためには、上記特許文献３のものでは未だ切断作業に時間を要し、しかも刃の摩耗が多く、さらには加工時に欠けが発生しやすくなるため破損が多発し、経済的な負担が大きいのが現状である。
【特許文献１】特開平４−２１９３７８号公報
【特許文献２】特開平７−１３３１６９号公報
【特許文献３】特開平５−１３２３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、ダイヤモンドカッター等で短時間で加工することができ、しかも刃の摩耗が少ない加工性に優れた軽量タイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
通常、軽量タイルには、およそ数百μｍからサブミクロンまでの気孔が形成されている。加工性を追求すれば、低強度で高気孔率にすれば良いが、強度が低くなりすぎて実用性がなくなる問題がある。そこで、本願発明者は、組織中の微細な気孔に着目して種々検討したところ、とくに直径１５０μｍ以下の気孔のうち、直径が０．０２〜２μｍの気孔が４０〜８０体積％のときに、強度低下の影響が少なく、しかも良好な加工性を示すことを知見した。直径が０．２〜２μｍの気孔が４０体積％未満の場合には、相対的に２μｍよりも大きな気孔が増えるため強度が不足し、８０体積％を超えると２μｍよりも大きな気孔が少なくなりすぎて加工性が悪くなる。さらに、加工性は軽量タイルの強度と見掛け気孔率とも関係があり、見掛け気孔率は高い程加工性が良くなるが、その反面強度が低下してくる。一方、強度は低い程加工しやすくなるが、低すぎると建造物に使用した場合の耐用性が低下する問題がある。そこで、見掛け気孔率と曲げ強度を特定の範囲とすることで、加工性に優れるとともに十分な耐用性を備えた軽量タイルとすることができる。
【００１３】
すなわち、見掛け気孔率は１６〜３０％が好ましく、より好ましくは１８〜２６％である。見掛け気孔率が１６％未満では組織が緻密となり加工性が悪くなり、３０％を超えると低強度になる。曲げ強度は５０〜１５０Ｎ／ｃｍが好ましい。曲げ強度が５０Ｎ／ｃｍ未満では建築材料として実使用での強度が低すぎ、１５０Ｎ／ｃｍを超えると高強度になりすぎて加工性が悪くなる。
【００１４】
本発明の軽量タイルは、ＳｉＯ２を主成分とする非晶質層を主体することでも加工性を良くすることができる。すなわち、化学成分としてＳｉＯ２が６０〜９０質量％、Ａｌ２Ｏ３が５〜２０質量％、アルカリ金属酸化物及び／またはアルカリ土類金属酸化物が３〜１５質量％からなる化学組成とすることで、硬度が低く加工性の高い組織が得られる。つまり、結晶構造を有するＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３は、例えば石英のモース硬度７やコランダムのモース硬度９のように硬度が高く、このため多く含有するとタイルとしての加工性が劣ってくる。しかしＳｉＯ２を主体する非晶質状態になると、ガラスのようにモース硬度が５位まで低くなる。
【００１５】
Ａｌ２Ｏ３は、使用時の強度を高めたりあるいは耐火度を高め焼成時の変形を防止したりする効果もあるが、５質量％未満では強度が不足し、２０質量％を超えると硬度が高くなり加工性が悪くなる。
【００１６】
アルカリ金属酸化物及び／またはアルカリ土類金属酸化物は、ＳｉＯ２と反応して加工性の良い非晶質な組織を形成するが、３質量％未満では非晶質層の発達が不足し十分な強度が得られない。１５質量％を超えると焼成時の収縮が大きくなる。
【００１７】
本発明の軽量タイルの組織は非晶質層を主体としているが、結晶層を含有しても良い。ただし、コランダム等の硬度の高い結晶化した鉱物は加工時の抵抗が大きくなりカッターの刃の摩耗が大きくなる。そこで、コランダム及び石英は、３０質量％以下であることが好ましい。より好ましくは、石英が２０質量％以下でしかもコランダムが０または５質量％以下である。コランダムはモース硬度が９と非常に硬いため、含有しないか５質量％未満とすることでより加工性が優れるためである。また、石英はコランダムと比較すると硬度が低くしかも焼成時に成形体が収縮するのを抑制する効果があるため２０質量％以下で使用することができる。一方、同じ結晶相であるワラストナイトは硬度が低くいことから加工性が向上し、しかもその結晶が繊維状をしているため強度が向上する効果があるため含有させることが好ましい。そしてその量は０．５〜２０質量％、より好ましくは３〜１５質量％である。０．５質量％未満の場合には加工性が低下し、２０質量％を超えると強度が低下してくる。
【００１８】
シャモット系耐火原料は、焼成時の収縮を抑制する効果があり、焼成後の寸法のバラツキを少なくししかも珪石や珪砂あるいはろう石と比較すると加工性を大きくは阻害しないため２０〜５０質量％の範囲で使用する。２０質量％未満では焼成後の寸法のバラツキが大きくなり、５０質量％を超えると加工性が悪くなる。また、シャモット系耐火原料の平均粒径は１０μｍ未満では焼成時の収縮抑制効果が少なく、平均粒径が２００μｍを超えると加工性が悪くなる。
【００１９】
珪石、珪砂、あるいはろう石のうち１種以上の耐火原料は、焼成時に成形体が収縮するのを抑制することを目的として５〜２５質量％の範囲で使用する。５質量％未満では焼成時の収縮抑制効果が少なく、２５質量％を超えると加工性が悪くなる。また、これらの耐火原料の平均粒径が４０μｍ未満では焼成中の収縮率が大きくなりすぎて製品の寸法のバラツキが大きくなり、２００μｍを超えると加工時の抵抗が大きくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の軽量タイルは、短時間で切断できしかもカッターの刃の摩耗も少ないので、作業能率が向上ししかもカッターの刃の交換費用も削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の軽量タイルに使用する耐火原料配合物としては、公知の軽量タイルで使用されている耐火原料を使用することができ、例えば、陶石、長石、硅石、硅砂、ろう石、ボーキサイト、バンケツ、陶磁器屑、焼結アルミナ、仮焼アルミナ、ジルコン、溶融シリカ、合成ムライト、フリット、ガラス、ガラス屑、耐火れんが屑等である。
【００２２】
また、本発明に使用するシャモット系耐火原料としては、加熱による収縮がほとんど無い原料が好ましく、具体的にはあらかじめ粘土等を熱処理した原料、使用後の耐火れんが、セラミック屑、タイル屑、衛生陶器屑、陶磁器屑等の１種以上を使用することができる。そして中でも、１０００℃での熱膨張率が０．２％以上、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合量が６０質量％以上、耐火度がＳＫ３０以上、かつ石英とコランダムの結晶が３０質量％以下であるものが、加工性を阻害せずにしかも焼成時の焼成収縮を抑制する点からより好ましい。
【００２３】
これらの耐火原料を使用して耐火原料配合物に発泡剤あるいは燃焼により消失する物質を添加し、水やバインダー等を添加して、混練後成形し、乾燥、焼成する公知の方法によって軽量タイルが得られる。このとき、気孔径、及び見掛け気孔率、曲げ強さのコントロールは、主に使用する原料の配合割合、原料の粒度構成、成形条件及び焼成条件を選択することで本発明の範囲のものが得られる。
【００２４】
好ましくは、焼成後の化学成分が、ＳｉＯ２が６０〜９０質量％、Ａｌ２Ｏ３が５〜２０質量％、アルカリ金属酸化物及び／またはアルカリ土類金属酸化物が３〜１５質量％となるように耐火原料を配合すると良い。また、このとき、焼成後の化学成分として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、及びアルカリ土類金属酸化物以外の化学成分についても５質量％未満であれば含有させることは可能である。例えば、ジルコニア、チタニア、酸化リン、あるいは酸化クロム等である。
【００２５】
より好ましくは、耐火原料配合物として、平均粒径１０〜２００μｍ以下のシャモット系耐火原料を２０〜５０質量％、及び平均粒径４０〜２００μｍの珪石、珪砂あるいはろう石の１種以上を５〜２５質量％含有する耐火原料配合物を使用すると良い。また残部は、ガラス屑、長石、または陶石のうち１種以上と粘土とすることで焼成時の焼成収縮率が小さく、加工性の高い軽量タイルが得られる。また、耐火原料配合物の粒径は１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下とすることでより加工性が高く、強度も十分な軽量タイルとなる。
【００２６】
本発明で言う平均粒径とは、メジアン径であり、粒径を測定した結果を重量積算グラフに表示し、重量の割合が５０％である粒径のことである。そしてこの粒径の測定は、例えば篩い、レーザー回折等の一般的な方法で行うことができる。
【００２７】
本発明に使用する発泡剤は、公知の軽量タイルで使用されている発泡剤であればとくに問題なく使用することが可能であるが、より小さな気泡が発生ししかも焼成温度で気孔径がコントロールしやすい点から炭化珪素がより好ましい。また、この炭化珪素の平均粒径は気孔径をコントロールしやすい点から４４μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。また使用量は、耐火原料配合物に対して外掛けで０．０５〜１質量％使用することができる。
【００２８】
本発明の軽量タイルにおいて、気孔を形成するために燃焼により消失する物質を使用する場合には、耐火原料配合物に燃焼により消失する物質を添加して混練し、成形する。このとき、燃焼により消失する物質の粒径において、直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔が４０〜８０体積％になるようにあらかじめ調整したものを使用する。成形体は乾燥後１０００〜１２００℃で焼成する。そして、焼成後のタイルにおいて、曲げ強度及び見掛け気孔率が本発明の範囲内に入るように、成形条件、焼成温度、及び焼成時間等の適正値を決める。
【００２９】
また、気孔を形成するために発泡剤を使用する場合には、耐火原料配合物に炭化珪素等の発泡剤を添加して混練し、成形する。成形体は乾燥後１０００〜１２００℃で焼成する。そして、焼成後のタイルにおいて、直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔の割合、曲げ強度、及び見掛け気孔率が本発明の範囲内に入るように、成形条件、焼成温度、及び焼成時間等の適正値を決める。発泡剤を使用して気孔を形成する方法は、直径１５０μｍ以下の気孔の形成をコントロールをしやすいためより好ましい。すなわち、発泡剤の種類と粒度、さらには焼成温度や成形条件等によって直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔を４０〜８０体積％の範囲にしやすい。
【実施例】
【００３０】
表１の配合割合の耐火原料配合物に発泡剤として炭化珪素を添加し、液状バインダーを加えて混練後、オイルプレスで１００×１００×２０ｍｍの形状に成形した。成形体は乾燥後、１２００℃で焼成した。使用した原料の化学組成は表２に示す。
【表１】
2007186367.tif 000002
【表２】
2007186367.tif 000003
【００３１】
焼成後のタイルの気孔径分布は水銀圧入式ポロシメーター（カルロエルバ社製）で測定した。曲げ強度はＪＩＳＡ５２０９、見掛け気孔率はＪＩＳＺ８８０７に準拠して測定した。加工テストは、円盤状のダイヤモンドカッター（刃幅２ｍｍ、直径１２０ｍｍ）でタイルを１００回切断し、刃の摩耗寸法（ｍｍ）及び加工中のダイヤモンドカッターの電流値（Ａ）を比較した。また、同時に割れや加工部周囲の欠けの発生状況も観察した。表１には、比較例２の摩耗寸法（ｍｍ）×電流値（Ａ）を１００とし指数で比較した結果を示している。尚、電流は加工開始から終了までの間の平均値である。また、焼成後のタイルの鉱物組成に関しては、Ｘ線強度で定量分析した。その結果、実施例１では、石英が１０質量％、ワラストナイトが２．５質量％であった。コランダムは検出されなかった。平均粒径は、レーザー回折により測定した。
【００３２】
実施例１〜３は、直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔の割合、曲げ強度、及び見掛け気孔率が本発明の範囲内であり、加工性に優れ十分な強度を有している。これに対して比較例１は、直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．２〜２μｍの気孔が１７体積％と本発明の範囲外であり、加工性は良いものの低強度になっている。この比較例１の場合には実施例１と比較して焼成温度が低いため、焼成不足となっており、直径が０．２〜２μｍの気孔の形成が不十分になっている。
【００３３】
比較例２は、実施例１に対して焼成温度が高く、その結果直径１５０μｍ以下の気孔のうち直径が０．０２〜２μｍの気孔が９０体積％と多くなりすぎている。このような場合には組織全体の強度が高くなりすぎて加工性が悪くなる。
【００３４】
実施例４は、セラミック屑の平均粒径が２８８μｍと大きな場合であり、セラミック屑が好ましい粒径範囲（平均粒径１０〜２００μｍ）にある実施例や比較例に比べ加工時の抵抗が大きくなり、カッターの刃の摩耗が大きい。実施例５は、珪砂の平均粒径が２９１μｍと大きな場合であり、珪砂が好ましい粒径範囲（平均粒径４０〜２００μｍ）にある実施例や比較例に比べ加工時の抵抗が大きくなり、カッターの刃の摩耗が大きい。ただし、これら実施例４、実施例５の軽量タイルも加工条件が厳しくない場合には、十分に実用性はある。