(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量百分率でＳｉＯ2  ６０〜７２％、Ａｌ2Ｏ3  １４〜２８％、Ｌｉ2Ｏ  ２．５〜５．５％、ＭｇＯ  ０．１〜３％、ＺｎＯ  ０．１〜３％、ＣａＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｎａ2Ｏ  ０．１〜１％、Ｋ2Ｏ  ０〜１％、ＴｉＯ2  ０．５〜３％、ＺｒＯ2  ０．５〜５％、Ｐ2Ｏ5  ０〜３％、Ｖ2Ｏ5  ０．０３〜０．１％、ＳｎＯ2  ０．１〜２％、Ｃｌ  ０〜１％の組成を有し、主結晶としてβ−石英固溶体を析出してなることを特徴とする赤外線透過ガラスセラミックス。
【請求項２】
調理器のトッププレートとして用いられることを特徴とする請求項１の赤外線透過ガラスセラミックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は赤外線透過ガラスセラミックスに関し、特にスムーストップ型の調理器用トッププレートとして用いられる赤外線透過ガラスセラミックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
調理器のトッププレートには、赤外線透過率が高いこと、美観を損ねないように内部の発熱手段が透視し難いこと、機械的強度や化学的耐久性が高いこと、耐熱衝撃性が高いこと等が要求され、従来より濃褐色で赤外線透過率の高い低膨張のＬｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスセラミックスが使用されている。この種の材料として、例えば特公昭６０−５４８９６号にＶ2 Ｏ5 を添加したＬｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の赤外線透過ガラスセラミックスが開示されている。
【０００３】
ところでこの種のガラスセラミックスは、１４００℃を超える高温溶融を必要とする。このためガラス中に添加される清澄剤には、高温での溶融時に清澄ガスを多量に発生することができるＡｓ2 Ｏ3 が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バッチ溶融において、原料中のＡｓ2 Ｏ3 は４００〜５００℃でＡｓ2 Ｏ5 に酸化された後、１２００〜１８００℃で再びＡｓ2 Ｏ3 に還元され、酸素ガスを放出する。この酸素ガスがガラス中の泡に拡散することにより、泡の拡大、浮上促進が起こり、泡が除去される。Ａｓ2 Ｏ3 は、この作用により、ガラスの清澄剤として広く使用されており、特に高温溶融が必要なＬｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスセラミックスの清澄剤として非常に有効である。ところがＡｓ2 Ｏ3 は毒性が強く、ガラスの製造工程や廃ガラスの処理時等で環境を汚染する可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、環境を汚染するおそれがなく、調理器のトッププレートとして好適な赤外線透過ガラスセラミックスを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
Ａｓ2 Ｏ3 以外の清澄剤としては、ＳｎＯ2 、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 、各種の塩化物、及び各種の硫化物があるが、中でもＳｎＯ2 や塩化物は１４００℃を超える温度域で清澄効果を発揮するため、高温溶融を要するガラスの清澄剤に適している。しかしＳｎＯ2 を添加すると、その強い還元作用のため、バナジウムの発色が強められ、ガラスセラミックスの色調が濃くなりすぎる。また調理器のトッププレートとして使用する場合、赤外域の透過率が減少し、加熱効率が低下する。
【０００７】
本発明者等は種々の実験を行った結果、バナジウムの発色はＳｎＯ2 の他にもＴｉＯ2 の影響を受けるため、ＳｎＯ2 により増強されたバナジウムの発色はＴｉＯ2 の減量により補正し得ること、ＴｉＯ2 の減量による結晶性の低下はＺｒＯ2 の添加で補正し得ることを見いだし、本発明として提案するものである。
【０００８】
即ち、本発明の赤外線透過ガラスセラミックスは、重量百分率でＳｉＯ2  ６０〜７２％、Ａｌ2Ｏ3  １４〜２８％、Ｌｉ2Ｏ  ２．５〜５．５％、ＭｇＯ  ０．１〜３％、ＺｎＯ  ０．１〜３％、ＣａＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｎａ2Ｏ  ０．１〜１％、Ｋ2Ｏ  ０〜１％、ＴｉＯ2  ０．５〜３％、ＺｒＯ2  ０．５〜５％、Ｐ2Ｏ5  ０〜３％、Ｖ2Ｏ5  ０．０３〜０．１％、ＳｎＯ2  ０．１〜２％、Ｃｌ  ０〜１％の組成を有し、主結晶としてβ−石英固溶体を析出してなることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明の赤外線透過ガラスセラミックスは、清澄剤としてＳｎＯ2 を０．１〜２％（好ましくは０．３〜１．８％）、Ｃｌを０〜１％（好ましくは０．０１〜１％）含有する。ＳｎＯ2 は１４００℃以上の高温度域で、Ｓｎイオンの価数変化による化学反応（ＳｎＯ2 ［４価］→ＳｎＯ［２価］）によって清澄ガスである多量の酸素ガスを放出する。一方、Ｃｌは塩化物としてガラス原料に添加され、ガラス融液中Ｃｌイオンの形で存在する。このＣｌイオンは、酸素ガスと同様、ガラスの温度が高くなるとともに泡に拡散し、泡の拡大、浮上促進を起こす。本発明においては、ＳｎＯ2 を単独で用いてもよいが、より高い清澄性を得るためにＣｌを共存させることが望ましい。
【００１０】
本発明のガラスセラミックスは、β−石英固溶体を主結晶とするＬｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスセラミックスである。Ｌｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスセラミックスは、β−石英固溶体やβ−スポジュメンを析出し、高い機械的強度や化学的耐久性を示すものであるが、β−スポジュメンの析出量が多くなるとガラスセラミックスが白濁して外観上問題があるだけでなく、熱膨張係数が高くなり、また赤外線透過率が低下して好ましくない。このため本発明ではβ−石英固溶体を主結晶とすることを特徴とする。
【００１１】
以下、組成範囲を上記のように限定した理由を述べる。
【００１２】
ＳｉＯ2 が６０％より少ないと熱膨張係数が大きくなりすぎる。一方、７２％より多いとガラス溶融が困難になる。ＳｉＯ2 の好適な範囲は６１〜７０％である。
【００１３】
Ａｌ2 Ｏ3 が１４％より少ないと化学的耐久性が低下し、またガラスが失透し易くなる。一方、２８％より多いとガラスの粘度が大きくなりすぎてガラス溶融が困難になる。Ａｌ2 Ｏ3 の好適な範囲は１６〜２５％である。
【００１４】
Ｌｉ2 Ｏが２．５％より少ないと結晶物が白濁し易くなり、また熱膨張係数が大きくなりすぎる。一方、５．５％より多い場合も白濁し易くなり、またガラスが失透し易くなる。Ｌｉ2 Ｏの好適な範囲は３〜５％である。
【００１５】
ＭｇＯ及びＺｎＯがそれぞれ０．１％より少ないと結晶性が低くなり、結晶化が困難になる。一方、それぞれ３％より多いと結晶物が白濁し、また熱膨張係数が大きくなりすぎる。ＭｇＯ及びＺｎＯの好適な範囲は何れも０．２〜２．５％である。
【００１６】
ＣａＯが３％及びＢａＯが５％より多いと結晶物が白濁し、また熱膨張係数が大きくなりすぎる。ＣａＯ及びＢａＯの好適な範囲は、０〜２％及び０〜４％である。
【００１７】
Ｎａ2 Ｏが０．１％より少ないと結晶性が低くなり、１％より多いと結晶物が白濁し、また熱膨張係数が大きくなりすぎる。Ｎａ2 Ｏの好適な範囲は０．１〜０．８％である。
【００１８】
Ｋ2 Ｏが１％より多いと結晶物が白濁し、また熱膨張係数が大きくなりすぎる。Ｋ2 Ｏの好適な範囲は０〜０．８％である。
【００１９】
ＴｉＯ2が０．５％より少ないと結晶性が低く小さくなり、３％を超えるとガラスが失透し易くなり、またＶ2Ｏ5の発色が強くなりすぎて色調が濃くなり、赤外線の透過率が低下する。ＴｉＯ2の好適な範囲は１〜３％である。
【００２０】
ＺｒＯ2 が０．５％より少ないとＴｉＯ2 の減量による結晶性の低下を補うことができなくなり、５％より多いとガラスが失透し易くなる。ＺｒＯ2 の好適な範囲は０．５〜４．５％である。
【００２１】
Ｐ2 Ｏ5 が３％より多いと結晶物が白濁し、また熱膨張係数が大きくなりすぎる。Ｐ2 Ｏ5 の好適な範囲は０〜２．５％である。
【００２２】
Ｖ2Ｏ5が０．０３％より少ないと色調が薄くなり、可視光での透過率が高くなりすぎる。一方、０．１％より多いと色調が濃くなりすぎ、赤外線透過率が低くなりすぎる。
【００２３】
ＳｎＯ2 が０．１％より少ないと清澄効果がなく、２％より多いと色調が濃くなりすぎる。またガラス溶融が困難になったり、失透し易くなる。ＳｎＯ2 の好適な範囲は０．３〜１．８％である。
【００２４】
Ｃｌが１％より多いと化学的耐久性が低下する。Ｃｌの好適な範囲は０．０１〜１％である。
【００２５】
上記組成を有するガラスセラミックスは、板厚３ｍｍで、波長５００ｎｍにおいて５％以下の可視光の透過率、波長１５００ｎｍにおいて７０％以上の赤外線透過率を有する。また本発明のガラスセラミックスは、３０〜７５０℃の範囲において−５〜３０×１０-7／℃の平均線熱膨張係数を示す。
【００２６】
本発明の赤外線透過ガラスセラミックスは、以下のようにして製造することができる。
【００２７】
まず重量百分率でＳｉＯ2  ６０〜７２％、Ａｌ2Ｏ3  １４〜２８％、Ｌｉ2Ｏ  ２．５〜５．５％、ＭｇＯ  ０．１〜３％、ＺｎＯ  ０．１〜３％、ＣａＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｎａ2Ｏ  ０．１〜１％、Ｋ2Ｏ  ０〜１％、ＴｉＯ2  ０．５〜３％、ＺｒＯ2  ０．５〜５％、Ｐ2Ｏ5  ０〜３％、Ｖ2Ｏ5  ０．０３〜０．１％の組成となるようにガラス原料を調合する。このとき清澄剤としてＳｎＯ2を０．１〜２％及び塩化物をＣｌ換算で０〜５％添加する。
【００２８】
次に調合したガラス原料を１５５０〜１７００℃で４〜２０時間溶融した後、成形する。
【００２９】
続いてガラス成形体を７００〜８００℃で２〜４時間保持して核形成を行い、さらに８００〜９００℃で１〜３時間熱処理して結晶化させることにより、上記組成を有する赤外線透過ガラスセラミックスを得ることができる。
【００３０】
なお得られたガラスセラミックスは、切断、研磨等の後加工を施したり、表面に絵付け等を施して、トッププレート等の用途に供される。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明の赤外線透過ガラスセラミックスを説明する。
【００３２】
表１〜３は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１、４及び８）及び参考例（試料Ｎｏ．２、３、５〜７、９〜１２）を示している。
【００３３】
【表１】
0004120897.tif 000002
【００３４】
【表２】
0004120897.tif 000003
【００３５】
【表３】
0004120897.tif 000004
【００３６】
各試料は次のようにして調製した。
【００３７】
まず表の組成を有するガラスとなるように原料を調合し、均一に混合した後、白金坩堝を用いて電気炉で１５５０〜１６５０℃で８〜２０時間溶融した。次いで溶融したガラスをカーボン定盤上に流しだし、ステンレスローラーを用いて５ｍｍの厚さに成形し、さらに徐冷炉を用いて室温まで冷却した。このガラス成形体を電気炉に入れ、３００℃／ｈの速度で室温から７８０℃まで昇温し、２時間保持して核形成を行った。続いて８０℃／ｈの速度で８５０℃まで昇温し、１時間保持して結晶化を行った後、炉冷した。
【００３８】
このようにして得られた実施例の各試料は、濃褐色から黒色で白濁のない外観を呈し、光沢のある平滑な表面を有していた。Ｘ線回折装置による測定の結果、何れの試料も主結晶としてβ−石英固溶体を析出していることが分かった。また２５×３０ｍｍの大きさの光学研磨を施した３ｍｍ厚の試料片を作成し、分光光度計を用いて５００ｎｍ及び１５００ｎｍの波長における透過率を測定した。その結果、何れの試料も５００ｎｍの波長において３．１％以下、１５００ｎｍの波長において８５．０％以上の高い赤外線透過率が得られた。さらに試料を５０ｍｍ×５ｍｍφの無垢棒に加工し、３０〜７５０℃の温度域での平均線熱膨張係数を測定したところ、１〜１２×１０-7／℃であった。
【００３９】
次に清澄性の評価を行った。評価は、１５５０〜１６５０℃で４〜８時間溶融し、ロール成型して試料を作製した後、試料中の単位重量当たりの泡数を計数することによって行った。その結果、実施例であるＮｏ．１、４及び８の各試料は、清澄剤としてＡｓ2Ｏ3を用いた参考例とほぼ同等の清澄性を示した。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の赤外線透過ガラスセラミックスは、清澄剤としてＡｓ2 Ｏ3 を用いる必要がないために、環境を汚染するおそれがない。また赤外線透過率が高く、可視光の透過率が低い。しかも機械的強度、化学的耐久性、耐熱衝撃性等の特性に優れるため、特にスムーストップ型の調理器のトッププレートとして好適である。