(57)【要約】【課題】粒径を細かくしても十分な透水性を確保し、且つ強度にも優れ、市販の顔料を使用して自由に着色ができる透水性セラミック及びその製造方法を提供することにある。更に本発明の第二の目的は、骨材に石英ガラスを使用することにより、石英ガラスのもつ耐酸性、耐アルカリ性がそのまま生かされ、薬剤を使用するトイレなどに適用しても経年変化のない透水性セラミック及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を３０〜７０重量部の混合割合で含み、前記石英ガラス骨材の最大粒径が２ｍｍ以下、曲げ強度が４ＭＰａ以上（ＪＡＳＳ７  Ｍ−１０１に準拠）、及び透水係数が０．０１ｃｍ／ｓｅｃ以上であるようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を４０〜７０重量部の混合割合で含み、前記石英ガラス骨材の最大粒径が２ｍｍ以下、曲げ強度が４ＭＰａ以上（ＪＡＳＳ７  Ｍ−１０１に準拠）、及び透水係数が０．０１ｃｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする透水性セラミック。
【請求項２】
前記焼結バインダー剤が、微粉ガラス、微粉珪石、消石灰、及びペタライトからなる群からなる材料の二種以上であることを特徴とする請求項１記載の透水性セラミック。
【請求項３】
顔料によって着色されていることを特徴とする請求項１又は２記載の透水性セラミック。
【請求項４】
石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を４０〜７０重量部の混合割合で混合し、さらに成型助剤を添加した後、この混合物をプレス成型して所要の形状の成型体とし、この成型体を８００〜１２００℃の温度範囲内で焼成することを特徴とする透水性セラミックの製造方法。
【請求項５】
前記焼結バインダーの混合時に顔料を併せて添加混合し、さらに成型助剤を添加した後、この着色混合物をプレス成型して所要の形状の着色成型体とし、この着色成型体を焼成することを特徴とする請求項４記載の透水性セラミックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、公共用トイレや住宅、広場、公園などに広く使用できる透水性セラミック及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透水性セラミックはその骨材として廃ガラスや陶磁器、瓦クズ、溶融スラグを使用して開発、商品化されている。また、骨材の粒径は透水性を確保するために、〜５ｍｍくらいと比較的大きく、色も骨材の色を反映するため、茶系統のものしかなく、意匠性には乏しいものであった。更に骨材の粒径を細かくすると、透水性が低下し、着色を施すとより濃い色合いになるなどの問題があった。
【０００３】
一般に、透水性セラミックの骨材としては、廃ガラスや陶磁器、瓦クズ、溶融スラグなどが使用されている（特許文献１）。また、特殊な例としては、火成岩を骨材として使用するものもある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−３０２５４Ａ
【特許文献２】特開平９−１９４２６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術の問題点を解決するため、本発明者らは、耐酸性、耐アルカリ性を有した透水性セラミックを開発するにあたり、石英ガラスの優れた特性に注目し、これを採用するに至った。また、石英ガラスは高価ではあるが、製造メーカーには廃ガラスとして処分するものが少なからずあることに着目し、これらの有効利用も兼ねてその利用を開発するに至った。
【０００５】
本発明者らはさらに鋭意研究を続けた結果、骨材に石英ガラスを使用すると、粒径を細かくしても透水性を確保でき、且つ強度も得られ、着色も自由に行えるという第一の知見を見出した。また、本発明者らは焼結バインダー剤として、微粉ガラス、微粉珪石、消石灰、及びペタライトの適切な配合が強度や透水性を維持するには最適であるという第２の知見を得た。成型助剤は焼結前に成型を行う際にその成型体の形状を維持するために使用される。材料としては、メチルセルロースの他、カルボキシメチルセルロール、澱粉、水ガラスなどがあるが、この成型助剤としてはメチルセルロースが好適に用いられることも見出した。
【０００６】
本発明の第一の目的は、上記の問題を解決し、粒径を細かくしても十分な透水性を確保し、且つ強度にも優れ、市販の顔料を使用して自由に着色ができる透水性セラミック及びその製造方法を提供することにある。更に本発明の第二の目的は、骨材に石英ガラスを使用することにより、石英ガラスのもつ耐酸性、耐アルカリ性がそのまま生かされ、薬剤を使用するトイレなどに適用しても経年変化のない透水性セラミック及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の透水性セラミックは、石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を４０〜７０重量部の混合割合で含み、前記石英ガラス骨材の最大粒径が２ｍｍ以下、曲げ強度が４ＭＰａ以上（ＪＡＳＳ７  Ｍ−１０１に準拠）、及び透水係数が０．０１ｃｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする。本発明の透水性セラミックは汚垂石、化粧台や歩道等として使用可能であるが、前記石英ガラス骨材の最大粒径として、汚垂石や化粧台の場合1mｍ以下、歩道の場合２ｍｍ以下に設定するのが好適である。
【０００８】
一般的に透水性セラミックを得るための焼結バインダーとしては、セメント類や粘土類、微粉ガラスなど数多くの物質が用いられるが、本発明者らは鋭意研究の結果、もっとも単純でかつ所望の物性を得られる組み合わせを発見したものである。即ち、前記焼結バインダー剤としては、微粉ガラス、微粉珪石、消石灰、及びペタライトからなる群からなる材料の二種以上であることが好ましいものである。本発明の透水性セラミックは顔料によって着色された構成とすることもできる。
【０００９】
本発明の透水性セラミックの製造方法は、石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を４０〜７０重量部の混合割合で混合し、さらに成型助剤を添加した後、この混合物をプレス成型して所要の形状の成型体とし、この成型体を８００〜１２００℃の温度範囲内で焼成することを特徴とする。前記焼結バインダーの混合時に顔料を併せて添加混合し、さらに成型助剤を添加した後、この着色混合物をプレス成型して所要の形状の着色成型体とし、この着色成型体を焼成することによって着色した透水性セラミックを製造することができる。本発明の透水性セラミックを顔料で着色する場合、無着色の基盤層（厚みの２／３〜３／４）と着色表面層（厚みの１／３〜１／４）の２層構造とすることもできる。この２層構造の製造方法は、基盤層を成型した後、着色表面層を基盤層の上に成型するが、両層ともに配合は同じとし、着色表面層に顔料を付加するようにすればよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、透水性に優れているばかりか、強度、耐酸性、耐アルカリ性にも優れ、且つ着色の自由度も高いことから意匠性をも持ち合わせた透水性セラミックを提供することができるので、公共の場所、特に公園や公共トイレ、歩道などに広く使用することができる。また、本発明では、産業廃棄物として処理されていた石英ガラス廃材を有効に利用できるので、環境側面においても有効な処置といえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、これらの実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００１２】
本発明の透水性セラミックは、石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を４０〜７０重量部の混合割合で含み、前記石英ガラス骨材の最大粒径が２ｍｍ以下、曲げ強度が４ＭＰａ以上（ＪＡＳＳ７  Ｍ−１０１に準拠）、及び透水係数が０．０１ｃｍ／ｓｅｃ以上であるように構成したものである。曲げ強度の上限値については特別の限定はないが、１０ＭＰａ以下で充分である。また、透水係数の上限値についても特別の限定はないが、０．１ｃｍ／ｓｅｃ以下で充分である。
【００１３】
前記焼結バインダー剤は、微粉ガラス、微粉珪石、消石灰、及びペタライトからなる群からなる材料の二種以上であることが好ましい。本発明の透水性セラミックは顔料によって着色された構成とすることもできる。
【００１４】
本発明の透水性セラミックの眼目は、骨材に石英ガラスを使用することにより、石英ガラスのもつ耐酸性、耐アルカリ性をそのまま維持でき、薬品などを使用しても退色や磨耗のないようにした点にある。
【００１５】
更に、石英ガラスを骨材として使用することにより、白色度を高く維持できるため着色も容易に行えるという利点がある。着色は混合時に所望の顔料を適量混ぜることにより、容易に発色が可能であり、意匠性にも優れた透水性セラミックを提供可能である。
【００１６】
石英ガラス骨材は、石英ガラス製造メーカーから排出される廃材を有効利用する。石英ガラスには天然石英ガラスと合成石英ガラスとがあるが、本発明にはどちらを使用しても全く問題ない。
【００１７】
骨材となる石英ガラスを粉砕機にて粉砕し、最大粒径が２ｍｍ以下となるよう分級する。粉砕機にて粉砕された石英ガラスは最大径を２ｍｍ以下となるように調整すると粒径が１００ミクロン〜２ｍｍの間にその９５重量パーセントが入るようになる。更に１ｍｍ〜２ｍｍの粒径のものは４０〜６０重量パーセントの中に入るようになる。
【００１８】
一般的に、透水性セラミックの場合透水性を確保するためには骨材の最大粒径を大きくする必要があり、最大粒径を大きくすると焼結バインダー剤との焼結度が弱まり、強度が低下するという、相反する特性があった。本発明者らは、この相反を克服すべく鋭意研究の結果、特殊な焼結バインダー剤を混合することにより、これら双方の特性を維持できることを発見した。
【００１９】
一般的に透水性セラミックを得るための焼結バインダーとしては、セメント類や粘土類、微粉ガラスなど数多くの物質が用いられるが、本発明者らは鋭意研究の結果、もっとも単純でかつ所望の物性を得られる組み合わせを発見したものである。本発明で使用する焼結バインダー剤としては、ぺタライト、微粉ガラス、微粉珪石、及び消石灰からなる群からなる材料の二種以上を用いればよいが、特にこれらの焼結バインダー剤の材料を適切に調合することにより、石英ガラス骨材との最適な焼結状態を生み出す焼結バインダー剤が得られることが分かった。透水性を確保し、かつ強度も確保できる焼結バインダー剤の配合比は、焼結バインダー全体を１００重量部としたとき、微粉ガラス３０〜５０重量部、微粉珪石１０〜１５重量部、消石灰１０〜１５重量部及びぺタライト２０〜５０重量部が最適な焼結状態を発現する。成型助剤は焼結前に成型を行う際にその成型体の形状を維持するために使用される。材料としては、メチルセルロースの他、カルボキシメチルセルロース、澱粉、水ガラスなどがあるが、この成型助剤としてはメチルセルロースを用いればよい。この成型助剤は石英ガラス骨材１００重量部に対して５〜１５重量部程度添加して使用される。
【００２０】
前記した最大粒径が２ｍｍ以下に粉砕された石英ガラス骨材１００重量部に対して、微粉ガラス、微粉珪石、消石灰、及びペタライトからなる焼結バインダー剤４０〜７０重量部を混合し、成型助剤としてメチルセルロースを添加した後、所要の形状にプレス成型し、８００〜１２００℃で焼成することにより、曲げ強度が４ＭＰａ以上（ＪＡＳＳ７  Ｍ−１０１に準拠）、透水係数が０．０１ｃｍ／ｓｅｃ以上の透水性セラミックを得ることができる。すなわち、本発明の透水性セラミックは、骨材として石英ガラスを使用し、焼結バインダー剤として、微粉ガラス、微粉珪石、消石灰、及びペタライトの適切な配合物を用い、これらを石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤４０〜７０重量部の範囲で混合し、成型助剤としてメチルセルロースを添加した後、プレス成型して所要の形状にし、８００〜１２００℃で焼成したものである。
【００２１】
更に、本発明者らは、意匠性を高めるために着色についても鋭意研究を行った。着色のし易さは生地材の白色度に大きく依存する。白色度が９０を超えるようになると着色も容易になることが一般的に知られている。白色度が高い場合、混合時に酸化物系の市販顔料を適量添加して混合することで、非常に自由度の高い発色性を実現するに至った。これら、着色を施した透水性セラミックも、着色を施さないものと全く同一の曲げ強度、透水係数を保持しており、公共施設などの意匠性が必要とされる場所への応用も期待できるものである。
【００２２】
一般の透水性セラミックはその骨材が、廃ガラスや陶磁器、瓦クズ、溶融スラグ、あるいは火成岩であり、これらを出発原料とすると、白色度を９０以上を得ることは容易ではなく、自由度の高い着色は不可能であったが、石英ガラスを骨材に使用することにより、石英ガラスの無色透明性から白色度を９０以上にすることができ自由度の高い着色性をもった透水性セラミックを供給することが可能となったものである。
【００２３】
本発明の透水性セラミックの製造方法は、石英ガラス骨材１００重量部に対して焼結バインダー剤を４０〜７０重量部の混合割合で混合し、さらに成型助剤を添加した後、この混合物をプレス成型して所要の形状の成型体とし、この成型体を８００〜１２００℃の温度範囲内で焼成することを特徴とする。前記焼結バインダーの混合時に顔料を併せて混合添加し、さらに成型助剤を添加した後、この着色混合物をプレス成型して所要の形状の着色成型体とし、この着色成型体を焼成することによって着色した透水性セラミックを製造することができる。着色に使用する顔料についての特別の制限はなく、市販の顔料を使用すれば良い。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００２５】
（実施例１）
最大粒径２ｍｍ以下に分級した石英ガラス骨材１００重量部に対して、焼結バインダー剤として、市販されている微粉ガラス（ソーダ石灰ガラス）２４重量部、微粉珪石８重量部、消石灰８重量部の割合で混合し、次いで、ペタライト２０重量部を添加混合・加水した。更に成型助剤としてメチルセルロースを１０重量部添加混合し、この混合物を０．８ＭＰａ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍの板状の成型体を得た。この板を室温で２４時間自然乾燥させた後、電気炉を用いて１１５０℃、８時間ホールドして焼成した。
【００２６】
得られたセラミックは、白色で、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍで、密度は１．６０であった。このセラミックス板について、白色度測定器で白色度を測定したところ、その値は９５であった。このセラミック板より、透水性試験のために４５ｍｍ径の第１のサンプルを対角線上に２ケ採取し、ＪＩＳＡ１２１８に準拠した測定方法で透水係数を測定した結果、それぞれ、１．２８ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃと１．２４ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃであった。
【００２７】
また、上記セラミック板のサンプル採取部分の隣の部分から、５ｃｍｘ２．５ｃｍｘ１５ｍｍの第２のサンプルをそれぞれ切断し、ＪＡＳＳ７  Ｍ―１０１に準拠した３点曲げ強度試験を行った。これらの結果は、それぞれ、４．７８ＭＰａと４．８２ＭＰａとであった。
【００２８】
更に、上記セラミック板から５ｃｍｘ５ｃｍｘ１５ｍｍの第３のサンプルを採取し、純水にて洗浄した後８０℃で６時間乾燥し、重量を測定したところ、５９．５０ｇであった。この第３のサンプル片を１０ｗｔ％ＨＣｌ溶液に１週間浸漬した後、純水で洗浄し、８０℃で６時間乾燥させた後重量を測定したところ５９．３７ｇであった。同サンプルを、次に、５ｗｔ％ＮａＯＨ溶液に１週間浸漬した後、純水で洗浄し、８０℃で６時間乾燥させた後重量を測定したところ５９．３４ｇであった。
【００２９】
これらの結果から、この透水性セラミックの特性は次の通りであった。
・白色度：９５
・透水係数：１．２６ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃ
・曲げ強度：４．８０ＭＰａ
・耐酸性、耐アルカリ性とも良好
【００３０】
（実施例２）
最大粒径２ｍｍ以下に分級した石英ガラス骨材１００重量部に対して、焼結バインダー剤として、市販されている微粉ガラス（ソーダ石灰ガラス）２４重量部、微粉珪石８重量部、消石灰８重量部の割合で混合し、次いで、ペタライト２０重量部を添加混合・加水した。更に、市販顔料（コバルトブルー  Ｍ−４７０、日陶顔料工業株式会社製）を５重量部を添加混合した。最後に成型助剤としてメチルセルロースを１０重量部添加して混合した。この混合物を０．８ＭＰａ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍの板状の成型体を得た。この板を室温で２４時間自然乾燥させた後、電気炉を用いて１１５０℃、８時間ホールドして焼成した。得られたセラミックは、澄んだコバルトブルー色で、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍで、密度は１．６０であった。
【００３１】
このセラミック板より、透水性試験のために４５ｍｍ径の第１のサンプルを対角線上に２ケ採取し、ＪＩＳＡ１２１８に準拠した測定方法で透水係数を測定した結果、それぞれ、１．２７ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃと１．２６ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃであった。また、上記セラミック板のサンプル採取部分の隣の部分から、５ｃｍｘ２．５ｃｍｘ１５ｍｍの第２のサンプルをそれぞれ切断し、ＪＡＳＳ７  Ｍ―１０１に準拠した３点曲げ強度試験を行った。これらの結果は、それぞれ、４．７８ＭＰａと４．８０ＭＰａとであった。
【００３２】
更に、上記セラミック板から５ｃｍｘ５ｃｍｘ１５ｍｍの第３のサンプルを採取し、純水にて洗浄した後８０℃で６時間乾燥し、重量を測定したところ、５９．６８ｇであった。この第３のサンプル片を１０ｗ％ＨＣｌ溶液に１週間浸漬した後、純水で洗浄し、８０℃で６時間乾燥させた後重量を測定したところ５９．６２ｇであった。コバルトブルー色はＨＣｌ溶液に浸漬する前と変わらず、退色は見られなかった。同サンプルを、次に、５ｗｔ％ＮａＯＨ溶液に１週間浸漬した後、純水で洗浄し、８０℃で６時間乾燥させた後重量を測定したところ５９．５９ｇであった。また、この試験でも退色は見られなかった。
【００３３】
これらの結果から、この透水性セラミックの特性は次の通りである。
・透水係数：１．２６ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃ
・曲げ強度：４．８０ＭＰａ
・耐酸性、耐アルカリ性とも良好
・色はコバルトブルー色
【００３４】
（実施例３）
最大粒径２ｍｍ以下に分級した石英ガラス骨材１００重量部に対して、焼結バインダー剤として、市販されている微粉ガラス（ソーダ石灰ガラス）２４重量部、微粉珪石８重量部、消石灰８重量部の割合で混合し、次いで、ペタライト２０重量部を添加混合・加水した。更に市販顔料（グリーン  Ｍ−１４２、日陶顔料工業株式会社製）５重量部を添加混合した。最後に成型助剤としてメチルセルロースを１０重量部添加して混合した。この混合物を０．８ＭＰａ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍの板状の成型体を得た。この板を室温で２４時間自然乾燥させた後、電気炉を用いて１１５０℃、８時間ホールドして焼成した。得られたセラミックは、うすい緑色で、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍで、密度は１．６０であった。
【００３５】
このセラミック板より、透水性試験のために４５ｍｍ径の第１のサンプルを対角線上に２ケ採取し、ＪＩＳＡ１２１８に準拠した測定方法で透水係数を測定した結果、それぞれ、１．２５ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃと１．２４ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃであった。また、上記セラミック板のサンプル採取部分の隣の部分から、５ｃｍｘ２．５ｃｍｘ１５ｍｍの第２のサンプルをそれぞれ切断し、ＪＡＳＳ７  Ｍ―１０１に準拠した３点曲げ強度試験を行った。これらの結果は、それぞれ、４．７８ＭＰａと４．７６ＭＰａとであった。
【００３６】
更に、上記セラミック板から５ｃｍｘ５ｃｍｘ１５ｍｍの第３のサンプルを採取し、純水にて洗浄した後８０℃で６時間乾燥し、重量を測定したところ、５９．６７ｇであった。このサンプル片を１０ｗｔ％ＨＣｌ溶液に１週間浸漬した後、純水で洗浄し、８０℃で６時間乾燥させた後重量を測定したところ５９．６４ｇであった。コバルトブルー色はＨＣｌ溶液に浸漬する前と変わらず、退色は見られなかった。同サンプルを、次に、５ｗｔ％ＮａＯＨ溶液に１週間浸漬した後、純水で洗浄し、８０℃で６時間乾燥させた後重量を測定したところ５９．６０ｇであった。また、この試験でも退色は見られなかった。
【００３７】
これらの結果から、この透水性セラミックの特性は次の通りである。
・透水係数：１．２５ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃ
・曲げ強度：４．７７ＭＰａ
・耐酸性、耐アルカリ性とも良好
・色はうすい緑色
【００３８】
（実施例４）
最大粒径２ｍｍ以下に分級した石英ガラス骨材１００重量部に対して、焼結バインダー剤として、市販されている微粉ガラス（ソーダ石灰ガラス）２０重量部、微粉珪石５重量部、消石灰５重量部の割合で混合し、次いで、ペタライトを徐々に１０重量部添加しながら混合した。更に市販顔料（グリーン  Ｍ−１４２、日陶顔料工業株式会社製）５重量部を添加混合した。最後に成型助剤としてメチルセルロースを１０重量部添加して混合した。この混合物を０．８ＭＰａ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍの板状の成型体を得た。この板を室温で２４時間自然乾燥させた後、電気炉を用いて１１５０℃、８時間ホールドして焼成した。得られたセラミックは、うすい緑色で、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍで、密度は１．５８であった。
【００３９】
このセラミック板より、上記実施例１と同様のサンプリング及び試験を行ったところ、以下の結果であった。
・透水係数：１．３２ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃ
・曲げ強度：４．６０ＭＰａ
・耐酸性、耐アルカリ性とも良好
・色はうすい緑色
【００４０】
（実施例５）
最大粒径２ｍｍ以下に分級した石英ガラス骨材１００重量部に対して、焼結バインダとして、市販されている微粉ガラス（ソーダ石灰ガラス）２０重量部、微粉珪石１０重量部、消石灰１０重量部の割合で混合し、次いで、ペタライトを徐々に３０重量部添加しながら混合する。更に市販顔料（グリーン  Ｍ−１４２、日陶顔料工業株式会社製）５重量部を添加混合した。最後に成型助剤としてメチルセルロースを１０重量部添加して混合した。この混合物を０．８ＭＰａ／ｃｍ２の圧力でプレス成型し、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍの板状の成型体を得た。この板を室温で２４時間自然乾燥させた後、電気炉を用いて１１５０℃、８時間ホールドして焼成した。得られたセラミックは、うすい緑色で、１０ｃｍ角、厚み１５ｍｍで、密度は１．６５であった。
【００４１】
このセラミック板より、上記実施例１と同様のサンプリング及び試験を行ったところ、以下の結果であった。
・透水係数：１．２０ｘ１０−２ｃｍ／ｓｅｃ
・曲げ強度：４．９０ＭＰａ
・耐酸性、耐アルカリ性とも良好
・色はうすい緑色