(57)【要約】 【課題】花崗岩の加工時に生じる粉石や砕石の建築・装飾・美術材料等への有効利用。【解決手段】花崗岩に塩基性酸化物を添加した溶解物を鋳造、圧延、またはフロート法により成形してなり、長石成分のガラス相中に析出した斑状の石英結晶を含むことを特徴とする人造石。原料として花崗岩の粉石、砕石を１０００〜１４００℃、大気圧下で溶解する際に、花崗岩の主成分のＳｉＯ2 濃度が６５ｗｔ％以下になるように塩基性酸化物を成分調整して添加することにより花崗岩の溶融物を高流動性状態として、鋳造、圧延、またはフロート法により成形する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
花崗岩に塩基性酸化物を添加した溶解物を鋳造、圧延、またはフロート法により成形して
なり、長石成分のガラス相中に析出した斑状の石英結晶を含むことを特徴とする人造石。
【請求項２】
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒの群からなる少なくとも一種の金属の酸化物と花崗岩の主
成分のＳｉＯ2 との化合物からなる発色成分により凝固後の花崗岩マトリックスに模様を
含むことを特徴とする請求項１記載の人造石。
【請求項３】
原料として花崗岩の粉石、砕石を１０００〜１４００℃、大気圧下で溶解する際に、花崗
岩の主成分のＳｉＯ2 濃度が６５ｗｔ％以下になるように塩基性酸化物を成分調整して添
加することにより花崗岩の溶融物を高流動性状態として、鋳造、圧延、またはフロート法
により成形することを特徴とする請求項１又は２記載の人造石の製造方法。
【請求項４】
塩基性酸化物が、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ2 Ｏ、またはこれらの炭酸塩、水酸化物のいずれ
か一種以上からなることを特徴とする請求項３記載の人造石の製造方法。
【請求項５】
さらに、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒの群からなる少なくとも一種の金属の酸化物を４
０ｗｔ％以下を加えて溶解させて、花崗岩の主成分のＳｉＯ2 との化合物を生成させて、
該化合物の生成に伴う発色を利用して凝固後の花崗岩マトリックスに模様を形成すること
を特徴とする請求項３又は４に記載の人造石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、花崗岩、特にその加工の際に発生する粉石、砕石を用いた人造石およびその
製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
主として建築用として用いられる花崗岩は、わが国は、ほとんどを輸入に頼っているが
、その加工現場において、切断・研磨される際の歩留まりは約５０％であり、残余は、粉
石、砕石として廃棄されている。従来、これらの廃棄物は、全く利用されることがなかっ
た。このように、岩石原料を溶解、鋳造して新たな付加価値を有する人造石を製造するプ
ロセスとしては、耐摩耗性鋳造石であるシュメルツ・バサルトが工業化されているのみで
ある。
【０００３】
シユメルツ・バサルトは、ドイツのSchmelz basalt werk Kalenbon社によって１９２７
年以来製造販売されている発明品であって、玄武岩を原料とする耐摩耗性タイル等の鋳造
人造石であり、溶解時に添加剤として酸化鉄を加えて凝固時の結晶化を促進させているも
のである。シユメルツ・バサルトの代表的成分は、ＳｉＯ2 ：４２〜４８％、Ａ１2 Ｏ3 
：１５〜１６％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：３〜７％、ＦｅＯ：６〜８％、ＴｉＯ2 ：１〜３％、Ｃａ
Ｏ：８〜１０％、ＭｇＯ：７〜１１％、Ｎａ2 Ｏ：３〜４％、Ｋ2 Ｏ：１〜２％である。
【０００４】
これは、原料岩石である玄武岩の酸化鉄含有量（Ｆｅ2 Ｏ3 ＋ＦｅＯ＝約７％）から考
えて、添加剤が酸化鉄であることが分かる。玄武岩は、塩基性火山岩に属し、岩石学的に
も硬い部類の岩石であり、シュメルツ・バサルトの性質を潜在的に有しているが、シュメ
ルツ・バサルトの原料としては、特別に硬い玄武岩が選択使用されている。製造方法は、
玄武岩に添加剤を加え、溶融し、鋳型に鋳造した後、再結晶炉で均一組織（輝石）とする
ための熱処理を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
花崗岩は、長石、雲母、石英の鉱物相で成りたっている岩石であり、独特の美しさを有
するため、土木・建築・美術等に多量に使用されている石材である。我が国においては、
これらの用途に利用するため、現在、世界各国から花崗岩原石が輸入されている。花崗岩
原石は、利用目的に応じ切断加工されるが、この時、粉末や切り取りの余剰部分等多量の
粉石や砕石が生じ、その量は原石の５０％以上にも達する。さらに切断加工された花崗岩
は、外観を美麗に保つため研磨工程を施さねばならず、多大の労力を要するのみならず多
量の研磨粉をも排出する。これら粉石、砕石は、一部が路盤材等に利用されるものの大部
分が廃棄されており、資源有効利用の観点からの問題が大きいのみならず、廃棄場所にお
いて環境問題も生じてきている。
【０００６】
ところで、花崗岩は、代表的な酸性岩石であり、ＳｉＯ2 が主成分であるため、花崗岩
を溶融し、そのまま凝固させても、シリカガラスが形成されるのみである。加えて、Ｓｉ
Ｏ2 が高濃度である故、溶融状態での粘度が非常に高い。このため、花崗岩の加工現場に
おいて多量に排出される粉石、砕石の再利用は全く配慮されていなかった。
【０００７】
以上のように、従来、廃棄あるいは放置されていた粉石、砕石を資源として再利用する
ための手段を講じることが業界の急務であり、また、その際、これら粉石、砕石を溶融凝
固させただけでは二次加工（切断・研磨）の工程が必要となるため、切断・研磨工程を省
略または簡略化させる方法が必要となる。この場合、花崗岩は、代表的酸性岩石であるた
め溶融状態における流動性が著しく悪いため、花崗岩の溶解鋳造、圧延処理を行うことを
困難にしている。したがって、溶融状態での花崗岩の粘度低下を促進させる方法が必要と
なる。さらに、溶解凝固後の花崗岩が均一ガラス相になると、花崗岩独特の美しさが表れ
なくなるのみならず、その強度も大きく損なわれるため、凝固後の花崗岩人造石を結晶化
させることが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、従来、廃棄あるいは放置されていた粉石、砕石を資源として再利用するため
の手段として、高温溶融プロセスを用い、粉石、砕石を溶融した後、鋳造法、圧延法、フ
ロート成形法等で成形することで平滑で美麗な表面を有する、二次加工を特に必要としな
い人造石を製造するものである。
【０００９】
本発明の人造石は、塩基性酸化物を添加した花崗岩の溶解物を鋳造、圧延、またはフロ
ート法により成形してなり、長石成分のガラス相中に析出した斑状の石英結晶を含むこと
を特徴とする人造石である。さらに、上記の人造石において、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、
Ｃｒの群からなる少なくとも一種の金属の酸化物と花崗岩の主成分のＳｉＯ2 との化合物
からなる発色成分により凝固後の花崗岩マトリックスに模様を含むものとした人造石であ
る。
【００１０】
本発明の製造方法は、原料として花崗岩の粉石、砕石を溶解する際に、花崗岩の主成分
のＳｉＯ2 濃度が６５ｗｔ％以下、好ましくは６０ｗｔ％以下になるように塩基性酸化物
を成分調整して添加することにより花崗岩の溶融物を高流動性状態として、鋳造、圧延、
またはフロート法により成形することを特徴とする上記の人造石の製造方法である。この
製造方法において、塩基性酸化物としては、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ2 Ｏ、またはこれらの
炭酸塩、水酸化物のいずれか一種以上を用いることができる。
【００１１】
さらに、本発明の製造方法は、上記の各製造方法において、溶解した花崗岩に、さらに
Ｔｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒの群からなる少なくとも一種の金属の酸化物を４０ｗｔ％
以下加えて溶解させて、花崗岩の主成分のＳｉＯ2 との化合物を生成させて、該化合物の
生成に伴う発色を利用して凝固後の花崗岩マトリックスに模様を形成することを特徴とす
る上記の人造石の製造方法である。
【００１２】
本発明の上記の製造方法において、溶解した溶融物を鋳型に鋳造することで一定形状の
板材等を得ることができるため、これを張り付けることで、路盤敷石、建築用外壁材とす
ることができる。また、形状によっては、溶融または半溶融状態で圧延することにより幅
および長さを任意に調整した板状等の人造石材が得られる。
【００１３】
また、周知のように、市販板ガラスは、フロート法またはロール法で製作されている。
フロート法とは、鉛浴や錫浴上に流し込んで平坦な層となった溶融ガラスを引き出しなが
ら連続した板状に成形する方法であり、ロール法は、溶融ガラスをロール圧延して板ガラ
スを作製する方法である。本発明の各製造方法における溶融物の粘度は、市販ガラス製造
用の溶融ガラスに比べ低粘度であるから、本発明の各製造方法における溶融物は、板ガラ
スの製造と同様にフロート法やロール法によっても成形可能である。      
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造方法により、溶融状態の花崗岩を塩基性にして粘性を下げることによって
、花崗岩の鋳造、圧延、フロート法による成形等を容易にし、研削・研磨処理を必要とし
ない人造石を製造することができた。さらに、添加剤の種類を変えることで、従来の人造
石にない模様を有した人造石も製造できる。これにより、花崗岩の加工時に、粉石、砕石
として従来利用されていなかった廃棄物を土木・建築・装飾・美術等多方面の用途に適し
た材料として活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
花崗岩は、例えば、ＳｉＯ2 ：５５〜８０ｗｔ％、Ａ１2 Ｏ3 ：１３〜１８ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ：２〜４ｗｔ％、ＣａＯ：０．５〜１４ｗｔ％、ＦｅＯ：１〜９ｗｔ％、Ｋ2 Ｏ：０
〜５ｗｔ％、Ｎａ2 Ｏ：２〜４ｗｔ％を含有する代表的な酸性岩石であり、ＳｉＯ2 濃度
によりその主たる外観が決定される。すなわち、黒御影石と呼称される花崗岩は、ＳｉＯ
2 濃度が５０〜６０ｗｔ％であり、ＳｉＯ2 濃度が概ね７０ｗｔ％以上の場合は、赤御影
石または白御影石となる。しかしながら、ＳｉＯ2 濃度以外の要因が花崗岩の外観に及ぼ
す作用については未だ明確ではない。花崗岩は、上記のようなＳｉＯ2 濃度のため、玄武
岩等の塩基性岩石に比べ溶融状態における粘度が非常に高い特徴を有する。このため、溶
融状態において玄武岩のように十分な流動性が確保されない。
【００１６】
本発明は、花崗岩に塩基性酸化物であるＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ2 Ｏ、またはその炭酸塩
であるＣａＣＯ3 、ＭｇＣＯ3 、Ｎａ2 ＣＯ3 、水酸化物であるＣａ（ＯＨ）2 等を単独
または複合で添加し、溶解した花崗岩の流動性を向上させて鋳造、圧延、フロート法によ
る成形等を容易にすることを特徴とする。この時の添加量は、花崗岩中のＳｉＯ2 濃度に
のみ着目し、ＳｉＯ2 濃度が６５ｗｔ％以下、好ましくは６０ｗｔ％以下、より好ましく
は５５ｗｔ％以下になるよう添加し、塩基性岩石近似成分として加熱溶融する。この時の
添加量が凝固後の外観を決定する。ＳｉＯ2 濃度が６５ｗｔ％を超えると流動性が低下す
るために好ましくない。
【００１７】
これらの添加剤は、添加量により結晶化状態等が変わり、人造石の表面状態、模様が変
わってくる。すなわち、塩基性酸化物の添加量が多いと溶解凝固後の花崗岩が均質なガラ
ス相になり、花崗岩独特の美しさが表れなくなる。逆に少ないと斑状の結晶石英を多く析
出させることができる。このため、ガラス相と結晶相を混合共存させて花崗岩と外観が異
なる人造石を製造することができる。花崗岩のガラス相は熱処理で再結晶させることによ
り結晶人造石とすることもできる。
【００１８】
花崗岩に添加剤を加え、加熱溶解すると、上述のように凝固後の花崗岩は長石成分のガ
ラス相中に析出した斑状の石英結晶が分散した外観を示す。これに他の酸化物（ＴｉＯ2 
、ΖｎＯ、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｃｕ2 Ｏ，Ｃｒ2 Ｏ3 ）を添加することで、これらの酸化物と長
石の構成成分との間で複合酸化物（例えば、ＳｉＯ2 −ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 
、ＣａＯ−ＴｉＯ2 、Ｋ2 Ｏ−ＴｉＯ2 、Ｎａ2 Ｏ−ＴｉＯ2 等）を形成し、それに伴う
発色または縞状模様の析出が認められる。これらの酸化物は４０ｗｔ％を超えて添加する
と流動性が悪くなる。
【００１９】
図１に、振動片粘度計を用いて測定した本発明の各製造方法における溶融物の粘度測定
結果を鋳造人造石製造用の溶融シュメルツ・バサルトの粘度測定結果と市販ガラス用溶融
ガラスの粘度についての報告値を合わせて示す。図中▲印は、溶融花崗岩中のＳｉＯ2 濃
度が５３ｗｔ％になるようＭｇＯとＣａＯを添加した本発明の実施例１の溶融物の粘度で
ある。図１より、本発明の製造方法における溶融物の粘度は、溶融シュメルツ・バサルト
と同程度の粘度であり、工業的な鋳造が可能であることが分かる。また、本発明の製造方
法における溶融物は、市販の板ガラス類の溶融ガラスの粘度に比べてはるかに低粘度であ
ることが図１より理解できる。
【００２０】
原料として花崗岩の粉石、砕石を溶解するには、通常、ガラスの溶解製造に用いられる
ものと同様の電気炉等の溶解炉、黒鉛鋳型等の鋳造装置、ロール圧延装置、フロート成形
装置等を利用できる。溶解温度は、１０００〜１４００℃程度とし、溶融物を均質化する
ために適宜撹拌することが望ましい。溶解雰囲気は、特別に雰囲気制御を行う必要はなく
、大気中で実施できる。
【００２１】
以上のように、本発明は、花崗岩に塩基性酸化物を添加して溶解することで、花崗岩中
のＳｉＯ2 濃度を低下させ、溶解および、鋳造、圧延、フロート法による成形等を容易に
させるのみならず、添加する酸化物の種類を変えることにより凝固後の人造石の外観を変
化させることが可能となる。
【００２２】
また、凝固中の冷却条件の制御、例えば、冷却中に鋳型等を加熱して冷却速度を遅くし
たり、段階的に冷却させる等、人造石の融点以下、好ましくは融点温度の９０％以下の温
度で高温熱処理することにより、靭性等の機械的性能を向上させることができる。さらに
、凝固後の人造石を熱処理することにより、ガラス相を再結晶させた結晶人造石の製造も
可能となる。
【００２３】
以上述べてきたように、本発明は、花崗岩の従来再利用されていなかった廃棄物を利用
して人造石を製造するため、資源・環境問題に利するのみならず、経済上の利点も大きい
。さらに、溶解時に加える添加剤の種類、濃度を適宜選択することにより、斑状石英結晶
や縞状模様を効果的に析出させた人造石を得ることができ、これらの人造石は、建築用貼
付石・外部基礎・壁石をはじめ装飾用、碑石、墓石等広範な用途に加工工程をほとんど必
要とせずに利用可能となる。
【００２４】
従来品の鋳造人造石であるシュメルツ・バサルトと本発明の製造方法により得られた人
造石の外観のマクロ組織を図から図５に示す。これらは、いずれも鋳造後に人造石の一部
を切断した断面である。図２は、シュメルツ・バサルトの断面写真であり、ｌｍｍ以下の
小さな気泡が見られるものの、ほぼ均一組成の人造石であることが分かる。
【実施例１】
【００２５】
花崗岩の粉石、砕石２ｋｇをＰＩＤ制御された電気炉に装填し、１３８０℃、大気圧下
で加熱して溶解し、これに花崗岩中のＳｉＯ2 濃度が５０ｗｔ％になるようＣａＯを０．
５ｋｇ、ＭｇＯを０．５ｋｇ添加し、混合、溶解させた後、溶融物を黒鉛からなる鋳型に
注入して凝固させた。図３は、本発明の実施例１により得られた人造石であり、均一な岩
石構造の人造石になっている。
【実施例２】
【００２６】
花崗岩に添加する塩基性酸化物量の量を実施例１より減少させて、ＣａＯを０．３ｋｇ
、ＭｇＯを０．３ｋｇ添加した以外は、実施例１と同様に製造した。図４に示すように斑
状の石英結晶が析出した人造石が製造できた。
【実施例３】
【００２７】
実施例２において、さらに、ＴｉＯ2 を０．２ｋｇ添加し、溶解させた。図５に示すよ
うに、石英結晶以外の部分に縞状の模様が表れた。この縞模様の色合いは、添加する酸化
物の種類および量によって決定され、模様は、溶融岩石の冷却条件によって決定される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によって作製した人造花崗岩は、研削・研磨工程を経ることなく、板状等になっ
ているため、路盤材としての敷石および建築用外壁材としてそのまま利用できる。また、
本発明の製造方法において、添加剤や冷却条件を変化させ、斑状の石英結晶や縞状模様を
析出させた人造石は、建築用外壁材、張付石、外部基礎材、建築装飾材、碑石、または墓
石用石材等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の製造方法における溶融物と市販板ガラス、従来の人造石（シュメルツ・バサルト）製造用の溶融物の溶融温度と粘度の関係を示すグラフ。
【図２】シュメルツ・バサルトの切断面の外観のマクロ組織を示す図面代用写真。
【図３】実施例１の人造石の切断面外観のマクロ組織を示す図面代用写真。
【図４】実施例２の斑状石英結晶を析出させた人造石の切断面外観のマクロ組織を示す図面代用写真。
【図５】実施例３の斑状石英結晶と縞状模様を析出させた人造石の切断面外観のマクロ組織を示す図面代用写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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