JP2001287981A

JP2001287981A - 衛生陶器

Info

Publication number: JP2001287981A
Application number: JP2000102027A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Kato; 良輔加藤; Hidemi Ishikawa; 秀美石川; Naoki Koga; 直樹古賀
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-10-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】素地部の焼成収縮、変形を極力抑えつつ、機
械的強度を向上した衛生陶器を提供すること。【解決手段】陶磁器素地と、前記素地上の必要な部分
に釉薬層が形成されてなる衛生陶器であって、前記素地
中には、ＳｉＯ_２：４５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３：２５〜
５０％含まれており、さらにアルカリ金属酸化物及びア
ルカリ土類金属酸化物が併せて６重量％以下含有されて
おり、前記素地中におけるアルカリ金属酸化物量は２重
量％以下であり、Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏとの合計量に対してＮ
ａ₂Ｏが２０重量％以上であることを特徴とする衛生陶
器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗面器、小便器、
大便器、ベビーバス、手洗器、便器タンク、便器サナ、
流し、シャワーパンなどの衛生陶器に関する。

【０００２】

【従来の技術】洗面器、小便器、大便器、ベビーバス、
手洗器、便器タンク、便器サナ、流し、シャワーパンな
どの衛生陶器は生活用品であり、そのため、どんなに体
重の重い人でも体重を預けて安心して使用可能な機械的
強度が要求される。また、意匠性も要求される。さら
に、上記商品は、水回りで使用されるために、化学的安
定性も要求される。そのため、古くから、衛生陶器に
は、施釉された陶磁器、とりわけ、１度の焼成で釉薬層
による色彩や模様に基づく意匠性の自由度までをも確保
しやすい１１００〜１３００℃の温度で焼成することに
より充分な機械的強度を確保できる施釉された硬質陶器
質素地、熔化質素地が一般的に用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質陶
器質素地や熔化質素地を上記温度で焼成した場合、充分
な強度を得られる反面、焼成収縮や焼成変形が大きかっ
た。そのために、焼成後の製品形状や寸法を正確に設計
するのが困難となり、形状に基づく意匠性の付与や機能
性の付与の上での自由度が制約されていた。また、製品
の形状によっては、上記収縮や変形が、クラックの発生
や、形状のバラツキや、寸法精度の悪化を招き、引いて
は歩留まりを低下させる原因となる場合があった。さら
に、焼成前の成形体の体積が大きいため、窯詰め効率が
その分悪化し、生産性が充分に良好とは言い難かった。

【０００４】一方、焼成収縮及び変形を極力抑えるため
には、素地中のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属
酸化物などのいわゆるフラックス成分を極力減少させる
か、もしくは、焼成温度を低く設定し、いわゆる焼きを
甘くすることにより可能であるが、その場合、素地全体
が多孔質で熔化が不十分な陶器質素地となるため、強度
が低下する問題が生じる。本発明は、上記課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、素地部の焼成収
縮、変形を極力抑えつつ、機械的強度を向上した衛生陶
器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成すべく、
本発明では、陶磁器素地と、前記素地上の必要な部分に
釉薬層が形成されてなる衛生陶器であって、前記素地を
構成する主成分の組成がＳｉＯ₂：４５〜７０重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃：２５〜５０重量％であり、前記素地中には、
さらにアルカリ金属酸化物及びＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂａ
Ｏ、ＢｅＯからなる群から選ばれた少なくとも１種のア
ルカリ土類金属酸化物が併せて６重量％以下含有されて
おり、前記素地中におけるアルカリ金属酸化物量は２重
量％以下であり、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分
としてＮａ₂Ｏを、任意成分としてＫ₂Ｏを含有し、かつ
Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏとの合計量に対してＮａ₂Ｏが２０重量
％以上であることを特徴とする衛生陶器を提供する。フ
ラックス成分であるアルカリ金属酸化物及びＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、ＢａＯ、ＢｅＯからなる群から選ばれた少なくと
も１種のアルカリ土類金属酸化物の量を６重量％以下に
し、かつ、フラックス成分のうちで熔融反応の促進性の
高いアルカリ金属酸化物量を２重量％以下にすること
で、焼成収縮、変形を極力抑えることができる。さら
に、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分としてＮａ₂
Ｏを、任意成分としてＫ₂Ｏを含有し、かつＮａ₂ＯとＫ
₂Ｏとの合計量に対してＮａ₂Ｏが２０重量％以上、好ま
しくは４０重量％以上であるようにすることで、少量の
フラックス量でも充分な機械的強度を得ることが可能と
なる。

【０００６】本発明の好ましい態様においては、素地中
における前記アルカリ土類金属酸化物のうちＭｇＯは２
重量％以下であるようにする。フラックス成分のうち、
熔融反応の促進性は高いが、機械的強度向上への寄与の
低いＭｇＯ成分を２重量％以下にすることで、焼成収
縮、変形を極力抑えつつ、充分な機械的強度を得ること
が容易となる。

【０００７】本発明の好ましい態様においては、前記素
地には、さらに、結晶として石英、クリストバライト、
ムライト、コランダムからなる群から選ばれる少なくと
も１種の鉱物が含有されているようにする。そうするこ
とで、粒子分散強化機構（クラックデフレクション効果
等）が働くので、素地の強度が大きくなる。

【０００８】本発明の好ましい態様においては、前記素
地は、テストピースを作製したときの長手方向の線熱膨
張係数が９０×１０^-7／℃以下にする。そうすること
で、一般的に衛生陶器に使用されている釉薬とのマッチ
ングが良く、釉飛び、貫入などの釉薬面の欠点が発生し
にくくなる。また、素地自体の焼成工程時の冷却過程に
おける素地切れを抑制し、さらに耐熱衝撃性が向上す
る。

【０００９】本発明の好ましい態様においては、前記素
地中における前記結晶のうち石英は２０重量％以下であ
るようにする。石英を２０重量％以下にすることによ
り、線熱膨張係数が９０×１０^-7／℃以下となり、釉飛
び、貫入などの釉薬面の欠点が発生しにくくなる。ま
た、素地自体の焼成工程時の冷却過程における素地切れ
を抑制し、さらに耐熱衝撃性が向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の具体的な一実施
態様について説明する。本発明の衛生陶器は、陶磁器素
地と、前記素地上の必要な部分に釉薬層が形成されてい
る。ここで、必要な部分とは、例えば、生活用品として
色彩、模様、質感等の意匠性を持たせたい部分や、衛生
性を強化したい部分などであり、便器の洗浄面やリム
部、便器タンク外面、洗面器のボール面や上面などであ
る。

【００１１】衛生陶器の素地は、その構成する主成分の
組成がＳｉＯ₂：４５〜７０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２５〜
５０重量％であり、前記素地中には、さらにアルカリ金
属酸化物及びＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＢｅＯからなる
群から選ばれた少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化
物が併せて６重量％以下含有されており、前記素地中に
おけるアルカリ金属酸化物量は２重量％以下であり、ア
ルカリ金属酸化物のうちの必須成分としてＮａ₂Ｏを、
任意成分としてＫ₂Ｏを含有し、かつＮａ₂ＯとＫ₂Ｏと
の合計量に対してＮａ₂Ｏが２０重量％以上であるよう
にする。そうすることで、焼成収縮、変形を極力抑えつ
つ、大きな機械的強度を保持させることができる。焼成
変形に関しては、幅２５ｍｍ、厚み５ｍｍ、長さ２３０
ｍｍのテストピースを作製し、そのテストピースをスパ
ン２００ｍｍの２点で支持し、１０００℃まで４時間で
昇温し、さらに１２００℃まで２時間で昇温し、１２０
０℃で１時間保持した後、室温まで自然冷却したときの
テストピースのたわみ量が１０ｍｍ以下にすることが可
能である。焼成収縮に関しては、前記素地の、幅２５ｍ
ｍ、厚み５ｍｍ、長さ２３０ｍｍのテストピースの作製
過程における焼成前後の長手方向の収縮量が８％以下に
することが可能である。そして、上記焼成変形、焼成収
縮の条件を満たしつつ、機械的強度に関しては、φ１４
×１３０ｍｍのテストピースを作製し、そのテストピー
スを用いてオートグラフによりスパン１００ｍｍ、クロ
スヘッドスピード２．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、３点曲
げ試験したときに算出される曲げ強度が５０ＭＰａ以上
の大きな強度が保持可能である。

【００１２】更に上記条件を満たしつつ、テストピース
を作製したときの熱膨張係数をさらに、上記条件を満た
しつつ、テストピースを作製したときの嵩密度を２．１
ｇ／ｃｍ³以下にすることが可能となり、軽量化も図る
ことができる。

【００１３】上記衛生陶器は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主
成分とする窯業原料と、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ
金属を含有し少なくともＮａがＫの量よりも多量に含有
する鉱物とを混合し粒度調整を行うことにより素地原料
を作製する素地調製工程と、前記素地原料により成形素
地を形成する成形工程と、前記成形素地を乾燥する乾燥
工程と、前記成形素地上の必要な部分に釉薬を適用する
施釉工程と、焼成工程とを含む工程により作製可能であ
る。

【００１４】ここで、窯業原料とは、通常の熔化質素地
原料として使用されている原料、および、耐火物原料と
して使用されている原料の双方をさす。ここで、熔化質
素地原料とは、例えば、陶石、長石、珪石、雲母、カオ
リン、蛙目粘土、木節粘土、ドロマイトなどであり、耐
火物原料とは、例えば、蝋石、バン土頁岩、シャモッ
ト、蝋石粘土、耐火粘土、フリントクレー、ボーキサイ
ト、マグネシアクリンカーなどである。

【００１５】また、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属
を含有し少なくともＮａがＫの量よりも多量に含有する
鉱物としては、例えば、ソーダ長石、ネフェリン、炭酸
ソーダ、硼砂、氷晶石等の天然鉱物や硝酸ソーダ、珪弗
化ソーダなどが使用可能である。天然鉱物を用いる方が
経済的であり、好ましい。

【００１６】上記鉱物と上記窯業原料とを混合し粒度調
整を行う方法としては、例えば、下記の方法が利用でき
る。（１）上記鉱物と上記窯業原料とを、ボールミル等に投
入後、一括で混合粉砕する。（２）上記鉱物と上記窯業原料とを、別のボールミルに
て粉砕後に、混合する。

【００１７】成形工程には、泥漿鋳込み成形法、乾式プ
レス成形法、湿式プレス成形法、ＣＩＰ成形法、射出成
形法、押出成形法、ろくろ成形法等利用できるが、泥漿
鋳込み成形法が特に好ましい。衛生陶器は大型複雑形状
品が多いが、泥漿鋳込み成形法では、それらを容易に成
形可能だからである。泥漿鋳込み成形法における圧力印
加手段としては、型吸引力、ヘッド圧、加圧、真空吸引
を単独或いは複数組合せて利用可能である。成形型に
は、石膏型、樹脂型等が利用できる。また、場所によ
り、一重成形と二重成形を使い分けるようにしてもよ
い。

【００１８】乾燥工程は、室温から１１０℃程度の温度
で行うのが好ましい。施釉工程は、スプレー法、ディッ
プ法等の方法が利用可能であるが、特にスプレー法が好
ましい。焼成工程では、１０００〜１３００℃の温度で
焼成するのが好ましい。

【００１９】

【実施例】図１に素地調製に使用したアルカリ金属含有
鉱物と化学分析値を示す。素地調製方法は、所定の原材
料を秤量し、水３５部と解膠剤として珪酸ソーダを適量
添加したものをポットミル中で湿式粉砕し、平均粒径を
６μｍに調整した。ここで、強度の向上に寄与するＮ
ａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属を含有し少なくともＮ
ａがＫの量よりも多量に含有する鉱物として、ソーダ長
石を選択した。次に、原料スラリーを物性測定用サンプ
ルの所定形状に成形可能な石膏型に流し込み、着肉成形
後に脱型し、テストピースを成形した。テストピース
は、４０℃で２４時間乾燥した後、電気炉で１０００℃
まで４時間、１２００℃まで２時間で昇温し、１２００
℃で１時間保持後、自然冷却するヒートカーブにより焼
成した。

【００２０】素地曲げ強度は、φ１４×１３０ｍｍのテ
ストピースにより、島津製オートグラフにより、スパン
１００ｍｍ、クロスヘッドスピード２．５ｍｍ／ｍｉｎ
の条件で、３点曲げ方法で試験したときに算出される値
である。

【００２１】焼成変形量は、幅３０ｍｍ、厚み１５ｍ
ｍ、長さ２６０ｍｍのテストピース（未焼成素地）を焼
成時にスパン２００ｍｍで支持しておき、焼成後のたわ
み量とテストピースの厚みを測定した値である。このと
きのたわみ量は焼成後のテストピースの厚みの二乗に反
比例するため、次式で厚みが１０ｍｍの時に換算したた
わみ量を変形量としている。焼成変形量＝たわみ量測定
値×（焼成後のテストピースの厚み）²／１０²

【００２２】再加熱時の変形量は、幅２５ｍｍ、厚み５
ｍｍ、長さ２３０ｍｍのテストピース（焼成素地）をス
パン２００ｍｍの２点で支持し、１０００℃まで４時間
で昇温し、さらに１２００℃まで２時間で昇温し、１２
００℃で１時間保持した後、室温まで自然冷却したとき
のテストピースのたわみ量を再加熱時の変形量とする。
ただし、テストピースの厚みが５ｍｍになっていない場
合については、たわみ量はテストピースの厚みに反比例
するので、補正した値を再加熱時の変形量とする。その
補正方法は、２種類の異なる厚みのテストピースで再加
熱時の変形量を実測し、次式でｎを算出し、さらにテス
トピースの厚みが５ｍｍのときの再加熱時の変形量を求
める。変形量２＝変形量１×（厚み１／厚み２）ⁿ 変形量１：厚み１のテストピースでの再加熱時の変形量変形量２：厚み２のテストピースでの再加熱時の変形量ｎ：補正のための係数

【００２３】嵩密度は、アルキメデス法により測定す
る。幅２５ｍｍ、厚み５ｍｍ、長さ２０ｍｍのテストピ
ース（焼成素地）を１０５℃で２４時間乾燥した後、テ
ストピースが吸湿しない環境下で室温まで冷却し、質量
Ｗ１を測定する。次にテストピースを真空中に１時間保
って、気泡を放出させる。さらに同環境下において、テ
ストピースを水中に１時間保った後、常温に戻す。次
に、このテストピースを水中に細い糸で自由に吊るした
まま秤量し、質量Ｗ２を測定する。その後、これを水中
から取出し、絞った湿布で手早く表面の水滴を拭い去
り、直ちに質量Ｗ３を測定する。嵩密度は水密度、Ｗ
１、Ｗ２、Ｗ３から次式で求める。嵩密度＝水密度×Ｗ１／（Ｗ３−Ｗ２）

【００２４】図２に比較例１〜３および実施例１、２の
物性値を示す。比較例１は、素地自体のアルカリ金属酸
化物量、アルカリ土類金属酸化物量を極力減少させた調
合である。比較例１の調合には、陶石、カオリン、蛙目
粘土、チャイナクレーを素地原料として使用した。比較
例１は、素地のアルカリ金属酸化物の総量が０．９重量
％であり、焼成収縮率は４．９％、変形量は４．０ｍｍ
であり、曲げ強度は３１．９ＭＰａである。このように
焼成収縮率、変形量は小さいが、強度も低い。

【００２５】比較例２は、比較例１に、カリ長石を添加
し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が１．５重量％に
なるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は
５．４％、変形量は５．１ｍｍであり、曲げ強度は４
０．９ＭＰａであった。比較例３は、比較例２と同様の
方法で、比較例１に、カリ長石を添加し、素地のアルカ
リ金属酸化物の総量が２重量％になるようにしたもので
ある。その結果、焼成収縮率は６．５％、変形量は７．
９ｍｍであり、曲げ強度は４９．７ＭＰａであった。

【００２６】実施例１は、比較例１に、ソーダ長石を添
加し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が１．５重量％
になるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は
５．６％、変形量は５．９ｍｍと充分に小さな条件で、
曲げ強度は５６．５ＭＰａと大幅に向上する。実施例２
は、実施例１と同様の方法で、比較例１に、ソーダ長石
を添加し、素地のアルカリ金属酸化物の総量が２重量％
になるようにしたものである。その結果、焼成収縮率は
７．４％、変形量は１０．０ｍｍであり、曲げ強度は７
３．４ＭＰａと大幅に向上する。このように、アルカリ
金属酸化物として、Ｎａ₂Ｏを鉱物中に多量に含有した
ソーダ長石を選択することで、焼成収縮率の増加に対し
て強度が大幅に向上する。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、素地部の焼成収縮、変
形を極力抑えつつ、機械的強度を向上した衛生陶器を提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と比較例に使用したアルカリ
金属含有鉱物と化学分析値。

【図２】図１の実施例と比較例の物性値。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｅ０３Ｄ 11/02 Ｅ０３Ｄ 11/02 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陶磁器素地と、前記素地上の必要な部分
に釉薬層が形成されてなる衛生陶器であって、前記素地を構成する主成分の組成がＳｉＯ₂：４５〜７
０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２５〜５０重量％であり、前記素地中には、さらにアルカリ金属酸化物及びＣａ
Ｏ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＢｅＯからなる群から選ばれた少
なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物が併せて６重量
％以下含有されており、前記素地中におけるアルカリ金属酸化物量は２重量％以
下であり、アルカリ金属酸化物のうちの必須成分として
Ｎａ₂Ｏを、任意成分としてＫ₂Ｏを含有し、かつ、Ｎａ
₂ＯとＫ₂Ｏとの合計量に対してＮａ₂Ｏが２０重量％以
上であることを特徴とする衛生陶器。
【請求項２】前記素地中における前記アルカリ土類金
属酸化物のうちＭｇＯは２重量％以下であることを特徴
とする請求項１に記載の衛生陶器。
【請求項３】前記素地には、さらに、結晶として石
英、クリストバライト、ムライト、コランダムからなる
群から選ばれる少なくとも１種の鉱物が含有されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の衛生陶器。
【請求項４】前記素地は、φ１４×１３０ｍｍのテス
トピースを作製し、そのテストピースを用いてオートグ
ラフによりスパン１００ｍｍ、クロスヘッドスピード
２．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、３点曲げ試験したときに
算出される曲げ強度が５０ＭＰａ以上であり、かつ、幅
２５ｍｍ、厚み５ｍｍ、長さ２３０ｍｍのテストピース
を作製し、そのテストピースをスパン２００ｍｍの２点
で支持し、１０００℃まで４時間で昇温し、さらに１２
００℃まで２時間で昇温し、１２００℃で１時間保持し
た後、室温まで自然冷却したときのテストピースのたわ
み量が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜
３に記載の衛生陶器。
【請求項５】前記素地は、テストピースを作製したと
きの長手方向の線熱膨張係数が９０×１０^-7／℃以下で
あることを特徴とする請求項１〜４に記載の衛生陶器。
【請求項６】前記素地は、テストピースを作製したと
きの嵩密度が２．１ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴と
する請求項１〜５に記載の衛生陶器。
【請求項７】前記素地中における前記結晶のうち石英
は２０重量％以下であることを特徴とする請求項５又は
６に記載の衛生陶器。
【請求項８】請求項１〜７に記載の衛生陶器であっ
て、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする窯業原料と、Ｎａ、
Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属を含有し少なくともＮａが
Ｋの量よりも多量に含有する鉱物とを混合し粒度調整を
行うことにより素地原料を作製する素地調製工程と、前
記素地原料により成形素地を形成する成形工程と、前記
成形素地を乾燥する乾燥工程と、前記成形素地上の必要
な部分に釉薬を適用する施釉工程と、焼成工程とを含む
工程により作製可能な衛生陶器。
【請求項９】前記素地の、幅２５ｍｍ、厚み５ｍｍ、
長さ２３０ｍｍのテストピースの作製過程における焼成
前後の長手方向の収縮量が８％以下であることを特徴と
する請求項８に記載の衛生陶器。
【請求項１０】前記Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金
属を含有し少なくともＮａがＫの量よりも多量に含有す
る鉱物は、ソーダ長石、ネフェリン、炭酸ソーダ、硼
砂、氷晶石のいずれかであることを特徴とする請求項８
又は９に記載の衛生陶器。
【請求項１１】前記成形工程における成形方法が泥漿
鋳込み成形であることを特徴とする請求項８〜１０に記
載の衛生陶器。
【請求項１２】前記衛生陶器は、洗面器、小便器、大
便器、ベビーバス、手洗器、便器タンク、便器サナ、流
し、シャワーパンのいずれかであることを特徴とする請
求項１〜１１に記載の衛生陶器。