JP2007319027A - ガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法及びガラス砕片利用緑化基盤材 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス砕片利用緑化基盤材において、植物が根を張るための空隙を確保し、ガラス発泡体の結合を確保することである。
【解決手段】廃ガラス瓶を回収し、ガラス瓶を破砕し、さらに微粉砕してガラス微細粉とし、これをふるい分けする（Ｓ１０からＳ１６）。そして、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し（Ｓ１８）、混合物を平板状に成形し、細かく分割して小さな塊の未焼成造粒球を成形する（Ｓ２０，Ｓ２２）。次に、未焼成造粒球を焼成して空間調整球を形成し（Ｓ２４）、これと平行して未焼成ガラス板を形成する（Ｓ２６）。そして未焼成造粒球と、空間調整球とを混合し、未焼成ガラス板の上に積層し（Ｓ２８）、これらを結合焼成する（Ｓ３０）。これによって緑化基盤材を得る（Ｓ３２）。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法及びガラス砕片利用緑化基盤材に係り、特に、土壌を用いなくてもよいガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法及びその廃ガラスのガラス砕片利用緑化基盤材に関する。

近年、都市部において問題となっているヒートアイランド現象の緩和策の一環として、屋上緑化が期待されている。しかし、従来法では緑化基盤材として土壌が用いられており、土壌の飛散やその重量によって建造物に高負荷を与える等の２次的環境汚染が懸念されている。一方で、ガラス瓶等の回収において、ガラスを破砕して埋め立て処理することが行われる。そこで、廃ガラスを破砕あるいは粉砕し、発泡剤等を加え焼成して発泡ガラス材を作り、これを単独で、あるいは土壌と併用して、緑化基盤材に用いることが提案されている。

例えば、特許文献１には、回収されたガラス瓶のうちガラス瓶又はカレットとして再利用が不可能なガラス瓶などの粉砕物をガラス粉末としたものと発泡剤を混合し、加熱して発泡させつつガラス粉末を溶着し、塊状の発泡ガラスを得て、これを破砕した発泡ガラス片を土壌とともに用いる植物栽培土が開示されている。ここで発泡ガラス片の寸法は、直径等の表面の最も離れた２点間の距離が１０〜１００ｍｍである。

特許文献２には、ガラス発泡成形体を用いたガラス発泡積層構造体の製造方法が開示されている。ここでガラス発泡成形体は、公知の方法を用いて製造できるとして次のように述べられている。すなわち、ガラス廃材等から平均粒径５〜２００μｍのガラス粉末１００重量部に対し、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭化ケイ素、タルク等の発泡剤を０．５〜１０重量部の範囲で配合し発泡性粉末ガラス組成物を調製する。そして、この発泡性粉末ガラス組成物を、適当な支持体上に３〜３０ｍｍ程度の厚さに敷いて、あるいは適当な型枠に適当な厚さで敷き詰め、又は所定形状の型内に充填し、その後、６５０〜９００℃、１０分ないし５時間程度焼成を行って、ガラス発泡成形体が製造される。

ガラス発泡積層体の製造方法は３つ開示されている。（１）の方法は、ガラス発泡体の表面に発泡性粉末ガラス組成物（ガラス発泡体原料）層を、焼成により所望の厚さのガラス発泡体が形成されるような厚さに設け、次いで６５０〜９００℃程度の温度で焼成して発泡させると共に、ガラス発泡成形体に融着させて一体化させることで、ガラス発泡積層体を得る。

（２）の方法は、２つのガラス発泡成形体の間にガラス発泡体原料層を、焼成により所望の厚さのガラス発泡体が形成されるような厚さに設け、次いで６５０〜９００℃程度の温度で焼成して発泡させると共に、２つのガラス発泡成形体に融着させて一体化させることで、ガラス発泡積層体を得る。

（３）の方法は、ガラス発泡成形体の片面又は両面に、焼成により所望の厚さのガラス発泡体が形成されるような厚さの、発泡剤を含まない非発泡性ガラス粉末組成物層を設け、焼成して、実質上気孔のない無発泡ガラス層を形成させると共に、ガラス発泡成形体の表面に融着させて一体化させることで、ガラス発泡積層体を得る。

特許文献３には、大きな空隙率を得ることができる発泡ガラス焼成体とその製造方法が開示されている。ここでは、廃ガラスを粉砕機で微粉砕してガラス粉体とし、これに発泡剤を添加し、公知の造粒機で造粒し、焼成後は概ね直径１〜１０ｍｍ程度の粒状体とし、この粒状体をブロック状又は板状等の所定の形状に多数集合させ、あるいは予め成形したものを、７００〜９００℃位の温度で加熱焼成することが述べられている。また、造粒後の粒状体を予め焼成して発泡粒子とし、この焼成後のガラス発泡粒子を適度なブロック形状等に成形し、７００〜９００℃で再度加熱焼成することで発泡ガラス焼成体を得る方法も述べられている。また、ガラス粉体に発泡剤を添加後成形し、加熱焼成し、これを粉砕し、粒径が１〜１０ｍｍ程度の粒状体を選び、これを所定形状に集合させて再度成形焼成する方法も述べられている。

特開２００１−３２７２１９号公報 特開２００４−３４５９６号公報 特開２００４−３５２８７号公報

特許文献１に記載の発明は、土壌との併用であり、土壌の飛散の課題が残されている。特許文献２に記載の発明は、発泡板材の積層であり、植物が根を張るための適当な空隙の確保が課題として残されている。

特許文献３における１つの例は、大きな空隙率の発泡ガラス焼成体として、直径１〜１０ｍｍ程度の粒状体としてこれを多数集合させて発泡焼成し、隣接する粒状の発泡体の間の空隙を植物の根の張る空間として利用しようとするものである。しかし、ここでは、粒状発泡体の間の空隙の大きさと、集合体の結合の強さが相反する。たとえば、発泡が強い条件の下では集合体の結合が強くなるが空隙は小さくなる。発泡が弱い条件の下では空隙は大きくなるが集合体の結合が弱くなる。２つ目の例は、発泡粒子を適当なブロックにまとめ、再焼成するものである。ここでは、一旦発泡焼成したものを再焼成するのであるから、集合体の結合が十分でないおそれがある。３つ目の例は、発泡粒子を粉砕し、再焼成するもので、ここでは一旦発泡焼成したものを粉砕して再焼成するので、再焼成時の発泡において空隙の大きさが十分でなく、また集合体の結合が十分でないおそれがある。

このように、土壌を用いないでガラス砕片を利用する緑化基盤材について、従来技術では、植物が根を張るための空隙の確保と、ガラス発泡体の結合の確保とについて課題が残されている。

本発明の目的は、植物が根を張るための空隙を確保し、ガラス発泡体の結合を確保することができるガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法及びガラス砕片利用緑化基盤材を提供することである。

本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法は、ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の空間調整球とする空間調整球形成工程と、複数の未焼成造粒球と、複数の空間調整球とを任意の混合率で混合し、焼成して、未焼成造粒球を発泡させると共に、発泡した造粒球と空間調整球とを結合させて、発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法は、ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とする発泡小球形成工程と、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成グリーンシートとして成形する未焼成グリーンシート形成工程と、未焼成グリーンシートの上に複数の発泡小球を配置して任意の積層数で積層し、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球とを結合させて、発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、を含むことを特徴とする。

また、ガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法は、ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の空間調整球とする空間調整球形成工程と、ガラス微細粉と結合剤とを混合し、未焼成ガラス板として成形する未焼成ガラス板形成工程と、複数の未焼成造粒球と、複数の空間調整球とを任意の混合率で混合し、未焼成ガラス板の上に積層し、焼成して、未焼成造粒球を発泡させると共に、発泡した造粒球と空間調整球と未焼成ガラス板とを結合させて、未焼成ガラス板を焼成した防水性層の上に発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法は、ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とする発泡小球形成工程と、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成グリーンシートとして成形する未焼成グリーンシート形成工程と、ガラス微細粉と結合剤とを混合し、未焼成ガラス板として成形する未焼成ガラス板形成工程と、未焼成グリーンシートの上に複数の発泡小球を配置して任意の積層数で積層し、これを未焼成ガラス板の上にさらに積み、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球と未焼成ガラス板とを結合させて、未焼成ガラス板を焼成した防水性層の上に発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、を含むことを特徴とする。

また、空間調整球形成工程は、その後の結合工程における焼成条件の下での発泡率が１以下となるように、焼成条件が設定されることが好ましい。

また、結合工程は、未焼成造粒球と空間調整球の混合比は、質量比で、未焼成造粒球：空間調整球＝１：１〜１：３とすることが好ましい。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、発泡剤は、炭酸カルシウムであり、結合剤は、水ガラスであることが好ましい。

また、未焼成造粒球形成工程は、ガラス微細粉に対し、発泡剤が４％質量比〜１０％質量比で混合され、結合剤として、水によって１％質量濃度〜１０％質量濃度に希釈された水ガラスが用いられることが好ましい。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、未焼成造粒球を焼成発泡させるために、未焼成造粒球をベルトに載せ、トンネル炉の中を通過させて加熱処理する装置を用いる場合には、トンネル炉の温度設定を、ガラスが軟化し始める温度を超え、かつガラスと発泡剤とが反応し始める温度を超える温度とすることを特徴とする。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材は、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合して焼成した発泡小球が結合され積層された緑化基盤材であって、発泡小球の体積に対する発泡小球の内部に吸水される水の体積の比を吸水率として、吸水率が異なる２種類の発泡小球が混合されて含まれることを特徴とする。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材において、吸水率の大きい通常発泡小球と、吸水率の小さい空間調整発泡小球との質量比が、通常発泡小球：空間調整発泡小球＝１：１〜１：３であることが好ましい。

また、本発明に係るガラス砕片利用緑化基盤材において、吸水率が少なくとも３倍以上異なる２種類の発泡小球を含むことが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、ガラス砕片を微粉に破砕したガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球を成形する。そして、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の空間調整球とする。この空間調整球と未焼成造粒球とを任意の混合率で混合し、焼成して、未焼成造粒球を発泡させると共に、発泡した造粒球と空間調整球とを結合させる。ここでは、焼成された空間調整球が後の結合工程で発泡した造粒球が互いに結合することを抑制して、適当な空隙を確保する機能を果たすことができ、一方で、後の結合工程で発泡した造粒球は、空間調整球との間に入って、空間調整球同士を結合する機能を果たすことができる。これによって、植物が根を張るための植物が根を張るための空隙を確保し、ガラス発泡体である空間調整球、及び後の結合工程で発泡した造粒球との間の結合を確保することができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、ガラス砕片を微粉に破砕したガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球を成形する。そして、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とする。一方で、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し未焼成グリーンシートを形成する。この未焼成グリーンシートの上に発泡小球を配置し任意の積層数で積層し、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球とを結合させる。ここでは、焼成された発泡小球が後の結合工程で発泡したグリーンシートが互いに結合することを抑制して、適当な空隙を確保する機能を果たすことができ、一方で、後の結合工程で発泡したグリーンシートは、発泡小球との間に入って、発泡小球同士を結合する機能を果たすことができる。これによって、植物が根を張るための空隙を確保し、ガラス発泡体の間、すなわち、発泡小球、及び後の結合工程で発泡したグリーンシートとの間の結合を確保することができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、ガラス砕片を微粉に破砕したガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球を成形する。そして、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の空間調整球とする。また、ガラス微細粉と結合剤とを混合し、未焼成ガラス板を成形する。この空間調整球と未焼成造粒球とを任意の混合率で混合し、未焼成ガラス板の上に積層し、焼成して、未焼成造粒球を発泡させると共に、発泡した造粒球と空間調整球と未焼成ガラス板とを結合させる。これによって、植物が根を張るための空隙を確保し、空間調整球、及び後の結合工程で発泡した造粒球との間の結合を確保することができる。また、未焼成ガラス板は、結合工程によって焼成ガラス板となり、緑化基盤材として水が注がれたときの防水性を向上させることができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、ガラス砕片を微粉に破砕したガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球を成形する。そして、未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とする。一方で、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し未焼成グリーンシートを形成する。また、ガラス微細粉と結合剤とを混合し、未焼成ガラス板として成形する。この未焼成グリーンシートの上に複数の発泡小球を配置して任意の積層数で積層し、これを未焼成ガラス板の上にさらに積み、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球と未焼成ガラス板とを結合させる。ここでは、焼成された発泡小球が後の結合工程で発泡したグリーンシートが互いに結合することを抑制して、適当な空隙を確保する機能を果たすことができ、一方で、後の結合工程で発泡したグリーンシートは、発泡小球との間に入って、発泡小球同士を結合する機能を果たすことができる。これによって、植物が根を張るための空隙を確保し、発泡小球、及び後の結合工程で発泡したグリーンシートとの間の結合を確保することができる。また、未焼成ガラス板は、結合工程によって焼成ガラス板となり、緑化基盤材として水が注がれたときの防水性を向上させることができる。

また、空間調整球形成工程は、その後の結合工程における焼成条件の下での発泡率が１以下となるように、焼成条件が設定されるので、空間調整球は、後の結合工程で実質上発泡せず、後の結合工程で発砲した造粒球が互いに結合することを効果的に抑制でき、これによって適当な空隙を確保することができる。

また、結合工程は、未焼成造粒球と空間調整球の混合比は、質量比で、未焼成造粒球：空間調整球＝１：１〜１：３とする。空間調整球は、すでに発泡して空隙をその内部等に有しているので、この体積比を大きくとりすぎると、後の結合工程での加熱の際に熱伝導が低くなり、未焼成造粒球の発泡が抑制される。一方でこの体積比を小さくとると、適当な間隙を確保できない。質量比を１：１〜１：３、好ましくは１：２とすることで、適当な発泡と適当な間隙を確保できる。

また、発泡剤を炭酸カルシウムとし、結合剤を水ガラスとするので、公知の材料を用いて、植物が根を張るための空隙を確保し、ガラス発泡体の結合を確保することができるガラス砕片利用緑化基盤材を得ることができる。

また、発泡剤はガラス微細粉に対し４％質量比〜１０％質量比で混合され、結合剤は、水によって１％質量濃度〜１０％質量濃度に希釈された水ガラスが用いられる。これらの条件によって、焼成時において、ガラスが軟化した粘性及び表面張力と、発泡剤からの発泡ガスの圧力とのバランスをとって、ガラスを効果的に膨らませ発泡させることができる。

また、未焼成造粒球を焼成発泡させるために、未焼成造粒球をベルトに載せ、トンネル炉の中を通過させて加熱処理する装置を用いる場合には、トンネル炉の温度設定を、ガラスが軟化し始める温度を超え、かつガラスと発泡剤とが反応し始める温度を超える温度とする。これにより、ガラスが軟化し始める温度と、ガラスと発泡剤とが反応し始める温度との間の温度範囲を短時間で通過でき、発泡反応を安定して行わせることができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、吸水率が異なる２種類の発泡小球が混合されて含まれる。また、吸水率の大きい通常発泡小球と、吸水率の小さい空間調整発泡小球との質量比が、通常発泡小球：空間調整発泡小球＝１：１〜１：３、好ましくは１：２である。また、吸水率が少なくとも３倍以上異なる２種類の発泡小球を含む。これらは、同じ材質であっても、焼成工程の履歴の異なる発泡小球が混合されていることを示している。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態に付き、詳細に説明する。以下において、「球」とは、広義の意味で用い、小さな塊を意味する。したがって、丸い球形以外に、丸みを帯びた塊、直方体状の塊等も含む。また、以下で示す寸法、数値等は、説明のための例示であって、緑化基盤材の仕様に合わせて適宜変更することができる。また、緑化基盤材の利用形態として、水が漏れないように周壁を防水処理し、フレームにほぼ水平に保持されるものを説明するが、これ以外の形態で利用してもよい。例えば、周壁を防水処理せず、適当に排水するものとしてもよく、また縦壁材として用いてもよい。

図１は、緑化基盤材２０の構造と、それが利用される形態を説明する図である。緑化基盤材２０は、およそ５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ程度の大きさのブロックで、底面がガラス微細粉を水ガラスとともに焼成した焼成ガラス板２２で、その上にガラス発泡体が積層された発泡小球積層体２４が一体となって配置されたものである。なお、緑化基盤材２０の周壁には、防水処理として漆喰２８を塗ることが好ましい。なお、ブロックの上記の大きさは、評価等に適したものであるが、ある程度の広さの屋上緑化等に用いるには、さらに大きいブロックのほうが取り扱いやすい。そのような場合には、ブロックの大きさを、例えば３００ｍｍ角程度、厚さを数ｃｍのものとすることができる。もちろん用途にあわせ、適当な大きさ、形状のブロックとしてもよい。

発泡小球積層体２４は、焼成履歴の異なる２種類の発泡小球２６，２７が結合されて積層されたものである。２種類の発泡小球２６，２７は、焼成履歴の相違から吸水率が異なり、吸水率の高い発泡小球を通常発泡小球２６として、吸水率の低い発泡小球は通常発泡小球２６に対し、適当な間隙を保ちながら相互に結合させる機能を有するので、空間調整発泡小球又は単に空間調整球２７と呼ぶことができる。通常発泡小球２６も空間調整球２７も、ともにガラス微細粉と、発泡剤と、水を含む結合剤とを混合して発泡焼成されたもので、最初にガラス微細粉と、発泡剤と、水を含む結合剤とを混合して未焼成造粒球をつくり、これを焼成して空間調整球２７を形成し、つぎに、この１度焼成履歴を経た空間調整球２７と、未焼成造粒球を混合して焼成する。この２度目の焼成で、未焼成造粒球は発泡して１度の焼成履歴を受けた通常発泡小球２６となり、空間調整球２７は２度の焼成履歴を受けることになる。

このように、２種類の発泡小球にそれぞれ焼成履歴を異ならせたのは、２度目の焼成において、すでに焼成を受けた空間調整球２７があまり発泡せず、通常発泡小球２６に対し適当な空隙を確保するように機能させるためである。発泡小球の間のこの適当な空隙は、植物の根を張らすのに好適である。また、通常発泡小球２６は、２度目の焼成で初めて加熱され、発泡剤の作用により発泡すると共に、結合剤の作用により、空間調整球２７と通常発泡小球２６とが相互に結合される。したがって、２種類の発泡小球にそれぞれ焼成履歴を異ならせて積層焼成することで、植物が根を張るための空隙を確保し、ガラス発泡体の結合を確保する発泡小球積層体２４を得ることができる。

２種類の焼成履歴を異なる発泡体を用いるのは、上記のように適当な空隙の確保と、発泡体の間の適当な結合の確保のためであるので、２種類の発泡小球の組み合わせの他に、２度の焼成履歴を受ける発泡小球と、１度の焼成履歴を受ける発泡性グリーンシートとの組み合わせでもよい。すなわち、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形し、これを焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とし、一方ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成グリーンシートとして成形する。そして、未焼成グリーンシートの上に複数の発泡小球を配置して任意の積層数で積層し、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球とを結合させて、発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とすることができる。

焼成ガラス板２２は、ガラス微細粉と、水を含む結合剤としての水ガラス希釈水とを混合して焼成したものである。この焼成は、発泡小球積層体２４の２度目の焼成工程の中で兼ねることができる。

緑化基盤材２０は、屋上緑化等の目的に合わせた大きさに適合するように複数個が組み合わされて、集合ブロック１８とされ、フレーム１０に収められる。フレーム１０は、適当な材料で作られる筐体１２と、集合ブロック１８の底面を適当に支持する支持棒１４を含んで構成することができる。図１の例では、緑化基盤材２０が４×４＝１６組み合わされた集合ブロック１８がフレーム１０に収められる様子が示されている。

かかる構成の緑化基盤材２０は、廃ガラスを原材料として作ることができる。以下に、図２に示すフローチャートに従って、ガラス砕片利用の緑化基盤材の製造方法、および各工程における製造条件の設定について詳細に説明する。

ガラス砕片利用の緑化基盤材の製造方法については、ガラス瓶の回収（Ｓ１０）から未焼成造粒球成形（Ｓ２２）までの前半工程と、それ以後における各工程、すなわち、焼成して空間調整球形成（Ｓ２４）から緑化基盤材形成（Ｓ３２）を経てフレーム内配置（Ｓ３４）までの後半工程とに分けて説明する。前半工程は、主に、未焼成造粒球を形成するためのガラス微細粉、発泡剤、結合剤等の設定条件をどのようにして定めるかを説明する。後半工程は、主に、植物が根を張るための空隙と、ガラス発泡体の結合を確保するために、発泡小球をどのように積層結合するかを説明する。

最初に、前半工程を説明する。前半工程は、ガラス瓶の回収（Ｓ１０）、ガラス瓶の破砕（Ｓ１２）、さらなる微粉砕（Ｓ１４）、ガラス微細粉のふるい分け（Ｓ１６）、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合（Ｓ１８）、混合物の平板状成形（Ｓ２０）、これを小さな塊とする未焼成造粒球成形（Ｓ２２）の各工程を含む。

最初の工程は、ガラス瓶の回収である（Ｓ１０）。日常生活で多く使用されるガラス瓶の回収処理は、いくつかのルートに分かれて行われる。１つは、空き瓶を洗浄等の適当な処理を行い、そのまま再び使用される。他の１つは、空き瓶を破砕し、再溶融し、ガラス原料として、別のガラス瓶として成形されて使用される。これら２つの再使用に適さないガラス瓶は、適当に破砕され、廃棄処理場において埋め立てられる。再使用に適さないガラス瓶は、例えば着色瓶である。着色瓶には、着色のために微量元素が添加され、この微量元素の分離にコストがかかるため、再溶融して一般的なガラス材料に戻すことができない。わが国では、年間およそ１００万トンの着色ガラス瓶が再利用できずに埋め立てられているといわれている。

これら着色ガラス瓶の着色用元素は、緑色のための酸化クロム、赤色のためのマンガン、青色のための銅、茶色のための酸化鉄等で、ごく微量含まれる。これらの着色用元素の他、外国製着色ガラス瓶等においては、融点を下げる触媒としての砒素等が含まれることがある。したがって、着色ガラス瓶を緑化基盤材の原料として利用するには、これら元素の有害性を考慮する必要がある。実際に着色ガラス瓶を破砕し、元素溶出テストを実施してみると、溶出元素の濃度は、わが国及び各都道府県の排出基準をはるかに下回る微量であることが分かっている。また、一度吸水・洗浄を行うと、以後はほとんど溶出しないことも明らかにされているので、着色ガラス瓶を緑化基盤材の原料をして十分利用することができる。そこで、緑化基盤材の製造は、まずガラス瓶の回収から始まる。ここでは、茶色、透明、緑色等のガラス瓶を用いることができる。

回収されたガラス瓶は、破砕される（Ｓ１２）。破砕はハンマー等の適当な工具で行うことができ、４ｍｍ程度の破砕片とされる。このようにガラス瓶を破砕したものは、カレット等と呼ばれる。カレットは、さらに微細に粉砕され、ガラス微細粉とされる（Ｓ１４）。微細粉にするには、石臼で轢いて粉末にした後、さらにボールミルを用いて均一な形状及び寸法とすることが望ましい。微細粉は、適当なメッシュフィルタにかけられ、メッシュを通らない粗いガラス粉末が取り除かれる。図３は、同じメッシュのふるいをかけた後の微細粉の様子を示す模式図で、（ａ）が石臼のみの粉末加工を行ったもので、（ｂ）は石臼加工の後、さらにボールミル加工を加えたものである。メッシュは、いずれも１６μｍである。図３に示されるように、同じメッシュを通した微細粉でも、石臼加工の後さらにボールミルをかけたものの方が、寸法も形状も揃っている。

図４は、同じメッシュを通した微細粉について、その状態でのかさ密度を比較したものである。かさ密度とは、質量を体積で除したもので、一般的な密度と同じ次元を有する特性値である。粉末においては、形状や寸法が揃っているほど、かさ密度が大きくなる。図４では、１６μｍのメッシュを通した微細粉について、石臼加工のみの場合と、石臼加工とボールミル加工を加えた場合が示されている。図４から、石臼加工にさらにボールミル加工を行う方が、かさ密度が大きいことが分かる。したがって、以後においては、特に断らない限り、ガラス微細粉として、石臼加工とボールミル加工を加えたものをいうことにする。

図５は、ガラス微細粉に発泡剤と結合剤とを加え、発泡焼成した後の発泡小球におけるかさ密度を示し、図６は、そのときの発泡率を示す図である。発泡率は、発泡焼成前の体積で発泡焼成後の体積を除して得られる特性値である。図５、図６において、横軸は発泡焼成の時間であり、パラメータは、ガラス微細粉をふるい分けるメッシュフィルタのサイズである。発泡剤と結合剤の条件はいずれも同じとしてある。図５、図６から、メッシュサイズを最も細かい１６μｍとするガラス微細粉を用いて焼成したものが、発泡焼成温度８００℃、８５０℃のいずれにおいても、かさ密度が最も高く、発泡率が低いことが分かる。一般的にガラス微細粉は細かければ細かいほどよい、といわれているが、ガラス微細粉が細かくなると発泡剤を均一に攪拌することが困難となることがあり、このため、図６のように、最も細かい微細粉のものが発泡率の低い結果となったものと考えることができる。メッシュサイズ３０μｍ、５０μｍのものは、微細粉の大きさと焼成温度との関係がかさ密度と発泡率に及ぼす影響が一様ではない。このように、発泡焼成における発泡については、ガラス微細粉のメッシュサイズは、一概に細かいほどよいとも言い切れない。したがって、メッシュサイズが５０μｍ以下であれば、焼成発泡における発泡に大きな差がないと考え、以後においては、特に断らない限り、ガラス微細粉として、石臼加工とボールミル加工を加え、５０μｍ以下のメッシュでそろえたものをいうことにする。

メッシュフィルタ等でふるいにかけられたガラス微細粉は、発泡剤と、水を含む結合剤と共に混合される（Ｓ１８）。発泡剤と結合剤の条件を出すには、その後の発泡焼成の温度を、評価用に決めておく必要がある。図７は、発泡焼成後のかさ密度と焼成条件の関係を示す図である。ここでは、ガラス微細粉、発泡剤、結合剤の条件は同じとしてある。図７は、横軸に発泡焼成時間をとり、パラメータは焼成温度である。図７には、焼成温度が８００℃より８５０℃の方がかさ密度が低くなるが、９００℃ではかえってかさ密度が高くなることが示されている。これは、９００℃においてはガラスの軟化速度も速くなり、粘度も低下するので、発泡時においてガラスの粘度や表面張力に発泡ガスの圧力が早くに打ち勝ってしまい、発泡が進み、かさ密度が低下するものと考えられる。したがって、以下では、特に断らない限り、発泡焼成温度は８５０℃又は８００℃とする。

発泡剤としては、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭化ケイ素、タルク等を用いることができるが、ここでは炭酸カルシウムを使用する。

図８は、発泡焼成におけるかさ密度に及ぼす炭酸カルシウムの効果を示す図である。（ａ）は発泡焼成温度を８００℃、（ｂ）は発泡焼成温度を８５０℃として、横軸に発泡焼成時間をとり、パラメータとして炭酸カルシウムの配合割合を示した。炭酸カルシウムの配合割合は、ガラス微細粉に対する質量％で表わしてある。図８の結果からは、炭酸カルシウムが３％質量比のものは、発泡剤の配合が少ないことから、かさ密度が高く、発泡球のふくらみが十分でないことが分かる。炭酸カルシウムの質量比を増すと、かさ密度は低くなるが、焼成時間が３〜５分においてはほとんど変化しない。このことから、炭酸カルシウムの配合割合の効果は、ガラス微細粉に対し５％質量比で飽和するものと考えられる。したがって、炭酸カルシウムの配合割合は４％質量比から１０％質量比の範囲、好ましくは５％質量比とし、以下では、特に断らない限り、発泡剤としての炭酸カルシウムの配合割合は、ガラス微細粉に対し、５％質量比とする。また、図５から図7までにおける実験の発泡剤は、炭酸カルシウムの配合割合を、ガラス微細粉に対し、５％質量比としたものである。

結合剤としては、Ｎａ₂Ｏを含む水ガラスを水に希釈したものを用いることができる。ガラス微細粉に対する結合剤の配合割合は、適当に練れる程度であればよく、例えば、ガラス微細粉に対し、３０％質量比から４０％質量比の範囲、好ましくは３５％質量比とすることができる。したがって、上記の発泡剤の配合割合との関係もまとめると、混合物の質量組成は、ガラス微細粉１００に対し、発泡剤を４から１０の範囲、好ましくは５、水ガラスを３０から４０の範囲、好ましくは３５で配合されたものである。

図９は、発泡焼成におけるかさ密度に及ぼす水ガラスの濃度の効果を示す図である。図９では、発泡焼成温度を８５０℃とし、横軸に発泡焼成時間をとり、パラメータとして水ガラスの濃度を示した。水ガラスの濃度は、水に対する希釈割合を質量％で示してある。図９の結果から、水ガラス濃度は１％〜１０％質量濃度の間での変化は、発泡焼成におけるかさ密度にはほとんど影響しないことが分かる。したがって、水ガラスは１％質量濃度から１０％質量濃度の範囲、好ましくは１％質量濃度とし、以下では、特に断らない限り、結合剤としての水ガラスの濃度は、水によって１％質量濃度で希釈されたものとする。また、図５から図８までにおける実験の結合剤は、水ガラスの１％質量濃度のものである。

次に、ガラス微細粉に発泡剤と結合剤を加えて混合し、これを加熱処理することで発泡するメカニズムについて一定の知見を得たので、図１０から図１３を用いてそれを説明する。

図１０は、発泡剤も結合剤も共に用いず、ガラス微細粉のみを加熱し、かさ密度及び発泡率における加熱温度の効果を調べた結果である。ここで加熱時間は６０分とした。図１１は、ガラス微細粉に、発泡剤として炭酸カルシウムを５％質量比、結合剤として水によって１％質量比に希釈された水ガラスを混合して加熱し、かさ密度及び発泡率における加熱温度の効果を調べた結果である。ここでも加熱時間は６０分とした。

図１０の結果から、ガラス微細粉は、６００℃付近から徐々に収縮しはじめ、６５０℃でほぼ飽和状態で収縮を終え、破砕前の元のガラスのように焼結されることが分かる。また、図１１の結果から、発泡剤を混ぜて加熱焼成したガラスは、ガラスのみの場合と同様に６００℃付近から収縮し始め、６５０℃付近で飽和するが、６７０℃付近で発泡が生じ、かさ密度が低くなることが分かる。

図１２は、炭酸カルシウム単体を加熱したときの反応を見るために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）のＸ線回折強度と、炭酸カルシウムが熱分解して生成される酸化カルシウム（ＣａＯ）のＸ線回折強度とを調べた結果を示す図である。なお、Ｘ線回折強度は、炭酸カルシウムについて２１１面（２θ＝２９．４°）、酸化カルシウムについて２００面（２θ＝３７．１°）について測定した。図１２の結果からは、およそ７００℃付近から発泡剤である炭酸カルシウムの熱分解が始まることが分かる。炭酸カルシウムの熱分解によって発泡ガスであるＣＯ₂が生じる。しかし、この結果からは、図１１の６７０℃付近で発泡が生じることを説明できない。

図１３は、ガラス微細粉と炭酸カルシウムとを１：１で混合したものを加熱し、そのときの炭酸カルシウムと酸化カルシウムのＸ線回折強度とを調べた結果を示す図である。Ｘ線回折強度の測定に用いた回折面は図１２の場合と同じである。図１３の結果からは、６６０℃から６７０℃の間で炭酸カルシウムのＸ線回折強度がおよそ半分に減少しており、炭酸カルシウムの反応が生じていることが分かる。この反応は、図１２の結果と合わせると、ガラス微細粉と炭酸カルシウムとの間の反応と考えられる。具体的には、ＣａＣＯ₃＋ＳｉＯ₂＝ＣａＯ・ＳｉＯ₂＋ＣＯ₂の反応が生じているものと考えられる。この反応で生じるＣＯ₂は、発泡ガスとして寄与する。

したがって、ガラス微細粉と炭酸カルシウムを混合したものは、炭酸カルシウム単体の熱分解温度より低い温度でガラス微細粉と炭酸カルシウムとの反応が生じる。図１４は、ガラス微細粉と炭酸カルシウムを混合したものを５００℃から８００℃の各温度でそれぞれ６０分加熱し、その後、それぞれを再び８００℃で６０分加熱し、その再加熱においてかさ密度がどのように変化するかを調べた結果を示す図である。図１４の結果からは、ガラス微細粉が軟化し始める６００℃付近より若干高めの６２０℃付近から、図１３で推測されるガラス微細粉と炭酸カルシウムとの反応が生じる６６０℃付近までの間の温度で長時間加熱したものは、かさ密度が高いことが分かる。すなわち、６２０℃から６６０℃の範囲で長時間加熱すると、その後の高温の長時間加熱によっても発泡が生じない。このことは、ガラス微細粉が軟化する温度より高く、ガラス微細粉と炭酸カルシウムとが反応する温度より低い温度範囲で長時間加熱すると、その間に、ガラス微細粉の−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の結合力が増すためと考えられる。すなわち、この結合力が増すため、再度高温で長時間加熱しても、発泡ガスの圧力よりもガラスの結合力が強く、発泡が閉じ込められてしまうものと考えることができる。結合剤に水ガラスを添加することも、この関係を強化することに寄与すると考えられる。

以上の図１０から図１４の結果から、ガラス微細粉と炭酸カルシウムとを混合し、加熱するときの発泡のメカニズムは次のように考えられる。すなわち、６００℃付近でガラスが軟化し始め、発泡剤である炭酸カルシウムを取り込み、取り込まれた炭酸カルシウムと軟化したガラスが６６０℃付近で反応し、反応した発泡ガスが温度上昇と共に体積増大し、軟化したガラスの粘度や表面張力に打ち勝って膨らみ、発泡すると考えられる。この反応モデルでは、図１４で説明したように、ガラスが軟化し始める６００℃からガラスと炭酸カルシウムが反応し始める６６０℃までの温度範囲で長時間加熱すると、再加熱しても、かさ密度を下げることができないので、この温度範囲での長時間加熱を避けることが必要である。

上記のように、未焼成造粒球を焼成発泡させる際に、ガラスが軟化し始める６００℃からガラスと発泡剤とが反応し始める６６０℃までの温度範囲を短時間で通過させることが好ましいことが分かった。これを実現するため、次のようにすることができる。未焼成造粒球を、固定の熱処理炉で加熱処理する場合には、上記温度範囲における温度上昇を速くし、所定の時間内にこの温度範囲を通過するように設定する。所定の通過時間としては、例えば１分から３分とすることができる。また、未焼成造粒球をベルトに載せ、トンネル炉の中を通過させて加熱処理する場合には、トンネル炉の温度設定を上記温度範囲以上として、その温度設定の雰囲気の中を未焼成造粒球がベルトに載って通過するものとすることができる。これにより、未焼成造粒球は、ベルトに載って加熱される際、急速に設置温度まで上昇するので、上記温度範囲を短時間で通過することができる。

以上で、発泡剤と結合剤の効果についての一連の実験の結果に基づく条件設定の説明を行ったので、再び図２に戻る。ガラス微細粉と発泡剤と結合剤を所定の設定条件で混合するＳ１８の工程の後は、平板状に成形する（Ｓ２０）。上記のように結合剤は水で希釈された水ガラスであるので、混合物は、水を含む流動体である。これを適当な大きさの枠に入れ、上部から板を載せて適当に加圧し、平板状に成形する。例えば、５３ｍｍ×５３ｍｍ×３ｍｍ程度の枠を用いて、その大きさの平板状に成形する。成形したものは適度な軟らかさを有しており、これを適当な大きさに分けて、未焼成造粒球として成形する（Ｓ２２）。

その様子を図１５に示す。ここでは、枠３０に、ガラス微細粉と発泡剤と結合剤の混合物３２が詰められ、適当に加圧され成形されて取り出され、平板状成形体３４が得られる。平板状成形体３４に対し、適当なピッチで複数の刃が平行配置された押切具３６を押し当て、まず、一方向に平行な複数の切り溝が付けられた第１中間体３８を作る。中間体３８を９０°回転した状態のもの３９に、先ほどの切り溝に直角方向に、平行な複数の切り溝をつけて、格子状に切り溝が付けられた第２中間体４０を作る。第２中間体４０は、押切具３６の平行な刃のピッチを一辺の長さとする正方形断面の塊であり、これを未焼成造粒球とする。図１６は、未焼成造粒球５０の様子を示す図である。未焼成造粒球５０の大きさは、この例では、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍの立方体である。もちろん、これ以外の寸法に成形することもできる。

以上で前半工程の説明を行ったので、次に後半工程の説明に入る。後半工程は、未焼成造粒球を焼成して空間調整球を形成する工程（Ｓ２４）、これと平行して未焼成ガラス板を形成する工程（Ｓ２６）、そして未焼成造粒球と、空間調整球とを混合し、未焼成ガラス板の上に積層する工程（Ｓ２８）、これらを結合焼成する工程（Ｓ３０）、これによって緑化基盤材を得て（Ｓ３２）、フレーム内に配置する工程を含む（Ｓ３４）。後半工程の説明においては、Ｓ２８の工程を行うに至った一連の実験の内容の説明をまず行う。

前半工程において成形された未焼結造粒球を単体で８００℃又は８５０℃で加熱処理すれば、上記で説明したようなメカニズムで発泡反応が生じ、発泡小球を得ることができる。発泡小球自体はその表面の発泡穴等によって適当な保水性を有するので、適当な容器に発泡小球を複数配置し、これを屋上緑化に役立てることができる。しかしながら、発泡小球単体はそのままでは結合していないので、取り扱いが不便であり、また、ばらばらの発泡小球の間に植物が根をしっかり張ることも困難である。そこで、複数の発泡体を積層し、これらを適当な空隙を持たせて結合することが望ましい。そこで、以下において、複数の発泡体を積層して結合するいくつかの方法の検討結果について説明する。

複数の発泡体を積層して結合するために従来から知られている第１の方法は、未焼結造粒球を適当に積層し、これを加熱して発泡焼結するものである。積層された未焼成造粒球が焼成工程でどのように発泡するかを、模式的に図１７から図２０に示す。図１７は、未焼成造粒球を適当に複数積層し、大気炉において８００℃で５分加熱したときの様子を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は側面図である。同様に、図１８は、８００℃で１０分加熱、図１９は８００℃で３０分加熱、図２０は８００℃で６０分加熱したときの様子で、それぞれ（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を示す。

これらの焼成条件の下における発泡及び結合の様子を調べた結果は以下の通りである。焼成時間が５分の場合は、図１７に示されるように、造粒球同士が結合しておらず、また各造粒球も単体で８００℃５分加熱した場合に比べて発泡が不十分であった。図１８における焼成時間が１０分の場合は、造粒球同士は結合しているが、積層体全体の表面はその結合によって隙間が埋められてくる。その結果、全体が1つの発泡球のようになって、積層体内部に発泡ガス等が溜り、図１８（ｂ）に示されるように、内部に大きな空洞が生成される。図１９における焼成時間が３０分も同様の傾向であり、図２０における焼成時間が６０分となると、積層体全体が完全に1つの発泡体となってくる。

このように、未焼成造粒球のみを積層して焼成する場合においては、焼成時間が短いと図１７に示すように造粒球同士の結合も発泡も不十分で、焼成時間が長いと、図１８と図１９に示すように、造粒球同士が結合して塊となり、積層体の内部には空洞が生じるが、その表面に植物が根を張るための空隙が形成されない。さらに焼成時間が長くなると図２０のように積層体が１つの発泡体の塊となってしまう。したがって、未焼成造粒球のみを積層して焼成するいずれの場合においても、そのままでは緑化基盤材として用いることが困難である。

従来技術で検討されている第２の方法は、未焼成造粒球を単体で発泡焼成した発泡小球を積層し、再度加熱するものである。そこで、未焼成造粒球の単体を８５０℃で発泡焼成し、得られた発泡小球を積層し、再び８００℃で加熱した。図２１は、その様子を示す図である。図２１（ａ）は、未焼成造粒球の単体を８５０℃４分で発泡焼成し、得られた発泡小球を積層し、再び８００℃３０分で加熱した場合、（ｂ）は未焼成造粒球の単体処理を８５０℃５分とした場合における状態を上面図で示したものである。いずれの場合も、発泡小球同士は結合するが、その結合は弱いもので、すぐ脱落、剥がれが生じる。すなわち、再焼成したものは、結合力が弱い。

図２２は、再焼成したものの結合力が弱いことを考察するために行った実験の結果を示すものである。ここでは、発泡焼成温度を８５０℃として焼成時間を２分から７分まで変化させて得られた発泡小球を、それぞれ一度粉砕し、再び８００℃で４０分加熱したものについて、密着強度を示す最大曲げ応力と、炭酸カルシウムの２１１面におけるＸ線回折強度とを調べたものである。図２２の結果からは、最初の発泡焼成の時間が進むにつれ、炭酸カルシウムの反応も進み、これに応じ、再度の加熱後の密着強度が低下していくことが分かる。これは、ガラス微細粉に含まれるＮａ₂ＯとＣａＯについて、これらがガラス製造時には融剤として作用し、その働きはＮａ₂Ｏの方が大きく、Ｎａ₂ＯがＣａＯと置き換わることで温度特性と耐熱性を向上させ、ガラス自身の強度も向上させることが知られていることから、次のように考えることができる。すなわち、炭酸カルシウムを混ぜて一度発泡焼成した発泡小球自体は高強度であるが、再びそれを再加熱する場合には、ＣａＯの軟化温度と耐熱性が低いことから、密着強度が低下するものと考えられる。したがって、一度焼成した発泡小球を積層して再加熱する方法では、結合強度が不十分となるので、そのままで緑化基盤材として用いると不便である。

このように、従来技術の方法で発泡小球の積層を試みても十分ではない。そこで、図２のＳ２４に示されるように、未焼成造粒球を単体で発泡焼成して空間調整球を形成し、Ｓ２８に示されるように、複数の空間調整球と、別途成形しておいた複数の未焼成造粒球とを適当に積層し、この積層体を加熱して結合することを試みた。ここで、空間調整球とは、少なくとも２度焼成工程履歴を受けることになる発泡小球のことで、図２１、図２２で説明したように、２度目以降の焼成によっては、それらの間での発泡に伴う結合が強くなく、むしろ、体積変化も少なく、全面的溶融をしないことから、発泡球の間の空隙を維持する機能が期待されるものである。空間調整球との名称は、この発泡球の間の空隙空間を維持する機能を表している。

図２３は、未焼成造粒球を単体で発泡焼成して形成した空間調整球と、別途成形しておいた未焼成造粒球とを、質量比で１：１としてそれぞれ複数個を混合し、積層し、さらに加熱したときの様子を示す模式図である。空間調整球の焼成は、８５０℃４分でおこない、空間調整球と未焼成造粒球とを積層しての加熱は８００℃で、加熱時間は、図２３（ａ）が１０分、（ｂ）が３０分、（ｃ）が６０分である。これらの図は、積層加熱後における断面図である。

図２３に示されるように、この場合には、加熱時間によらず、それぞれの球同士が結合し、積層体全体が膨らむこともなく、未焼成造粒球が膨らみ、空間調整球は体積変化をせず、むしろ収縮し、球と球との間に空隙が確保されている。したがって、空間調整球と未焼成造粒球とを混合して、加熱焼成することで、適当な空隙の確保と、球同士の適当な結合が得られることが分かる。

図２４は、未焼成造粒球と空間調整球の混合比を変えて、空隙と結合の様子を調べた結果を示す図である。図２４（ａ）は、未焼成造粒球：空間調整球＝１：１、（ｂ）は、未焼成造粒球：空間調整球＝１：２、（ｃ）は、未焼成造粒球：空間調整球＝１：３で、これらの図はいずれも、混合積層後、８００℃３０分加熱した後の側面図である。

未焼成造粒球：空間調整球を混合比として、混合比＝１：１の場合は、未焼成造粒球の割合が多く、発泡の塊が見られ、そこの部分については、図１８から図２０に関連して説明したように、未焼成造粒球のみを積層して発泡の塊が生じる場合に似ている。混合比＝１：３の場合は、未焼成造粒球の割合が少ないために、空間調整球のみで積層する部分があり、その部分で発泡球が数個剥がれ落ちることがあった。混合比＝１：２の場合は、未焼成造粒球と空間調整球とがある程度均一にまざっており、球が剥がれ落ちることもなく、未焼成造粒球同士による発泡の塊もほとんどなかった。したがって、混合比は、１：１〜１：３とするが、好ましくは１：２がよい。

図２５は、混合比が積層体の内部の熱伝導に及ぼす効果を示す図である。ここでは次のような実験を行った。すなわち、５０ｍｍ×５０ｍｍ×４０ｍｍの適当な容器に、（ａ）未焼成造粒球のみ、（ｂ）空間調整球のみ、（ｃ）質量比において、未焼成造粒球：空間調整球＝１：１、で積層し、発泡が生じない約５００℃の雰囲気の大気炉の中に置き、それぞれについて積層体の内部に熱電対を挿入し、その温度を測定した。

図２５に示されるように、積層体の中心の温度が大気炉の雰囲気温度に到達する時間が最も短いのは、空間調整球のみの場合で、未焼成造粒球の混合される割合が増えるにつれ、温度の立ち上がりが遅くなる。これは、未焼成造粒球をいれるにつれて、球と球との間の隙間が少なくなり、空気の対流による熱伝導が起こりにくくなっているものと考えられる。したがって、混合比は、あまり大きくしないほうが好ましいことが分かる。

空間調整球は、上記のように、未焼成造粒球を焼成したものであり、この焼成工程で発泡するが、その後に、未焼成造粒球が混合されて再び加熱される。この再加熱工程は、混合された未焼成造粒球が発泡し、空間調整球を介して相互に結合されるので、結合焼成工程と呼ぶことができる。そして、空間調整球は、適当な空隙を確保する機能を担うものであるので、結合焼成工程において、発泡があまり起こらないように、すなわち、結合焼成工程を経ても、その形状があまり変化しないことが望ましい。結合焼成工程の条件は、未焼成造粒球の発泡性が優先されるので、むしろ、未焼成造粒球から空間調整球を形成する１回目の焼成条件が、以後の結合焼成工程によって空間調整球があまり発泡しないように、設定されることが望ましい。

図２６は、結合焼成工程の条件を同一にして、未焼成造粒球から空間調整球を形成するときの焼成条件を変化させた場合の結果を示す図である。図２６（ａ）は空間調整球を形成する焼成温度を８００℃、（ｂ）は、その温度を８５０℃にした場合で、それぞれにおいて横軸は空間調整球形成のための焼成時間をとり、縦軸は、結合焼成工程の後における発泡率及びかさ密度である。なお、ここで、結合焼成条件を模擬する再加熱条件は、８００℃６０分とした。

空間調整球は、その担っている機能からいえば、結合焼成工程の再加熱において、発泡せずに体積をほぼ一定のまま維持されるか、あるいは収縮することが好ましい。したがって、図２６において発泡率が１以下となる点に注目すると、焼成温度が８５０℃、焼成時間が３〜４分程度が好ましいことが分かる。したがって、以下では、特に断らない限り、空間調整球の焼成条件は、８５０℃３分とする。

空間調整球は、発泡焼成された後に再加熱されるので、その前後で吸水率が変化する。ここで、吸水率とは、発泡小球の体積に対する発泡小球の内部に吸水される水の体積の比である。図２７はその様子を示す図である。ここでは、再加熱を行う前の空間調整球と、８００℃６０分の再加熱を行った後の空間調整球とについて、それぞれを、水の中に７日間浸漬して吸水率を測定した。なお、ここでは原材料であるガラス瓶の着色による差についても比較してある。図２７に示すように、いずれの色のガラス微細粉の原料を用いても、再加熱前後の吸水率は、６倍程度の相違が認められる。

上記のように、未焼成造粒球と空間調整球とを混合し、適当に積層して結合焼成することで、適当な空隙と、適当な結合とを有する発泡小球積層体が得られるが、この場合に、未焼成造粒球は１度の加熱履歴を受け、空間調整球は２度の加熱履歴を受ける。したがって、これらの間に吸水率の相違が生じる。図２７において、空間調整球の形成条件は再加熱条件と異なっているので、再加熱前の空間調整球の吸水率は、必ずしも積層体における１度の加熱履歴を受けた発泡小球の吸水率と同じではないが、かなり近い値となる。実際に、積層体を構成する２種類の吸水率の異なる発泡小球は、その吸水率が３倍から６倍程度の範囲で相違が認められる。

上記のように、適当な空隙と、適当な結合とを有する発泡小球積層体が得られるが、図２７に示されるように保水性があり、植物の潅水のために水を補給すると、その水を吸収する。すなわち、防水性がない。発泡小球積層体を緑化基盤材として利用するには、その底面に軽量で防水性の床を配置することが望ましい。そこで、ガラス微細粉に発泡剤を混合せずに、水ガラスのみを配合して発泡性を確かめた。

図２８は、ガラス微細粉に水ガラスのみを混合して板材とし、それを焼成したときの発泡性を調べた結果を示す図である。図２８（ａ）は水ガラスを全く加えず、ガラス微細粉のみを水で混合して焼成した場合、（ｂ）は、水によって１％質量濃度に希釈された水ガラスとガラス微細粉を混合して板材として焼成した場合、（ｃ）は水によって１０％質量濃度に希釈された水ガラスとガラス微細粉を混合して焼成した場合である。焼成条件は、発泡小球積層体の結合焼成と同じ８００℃６０分とした。

図２８から分かるように、ガラス微細粉に水ガラスを混合することで、均一な発泡が生じている。この発泡ガラス板の吸水性を調べるため、食紅を溶かした水に７日間浸漬したが、水ガラスを加えないもの、及び１％質量濃度の水ガラスを混合して焼成したものは、全く食紅が内部に浸透していない。１０％質量濃度の水ガラスを混合して焼成したものは、食紅の浸透が見られたが、外周より０．５ｍｍ程度である。これにより、ガラス微細粉に、水に対し１０％質量濃度以下の水ガラスを加えて焼成することで、軽量で防水性のあるガラス板を得ることができる。好ましくは、水ガラス濃度は、１％以下がよい。

上記の結果に基づき、緑化基盤材の形成の後半工程は、図２のＳ２４以下のように構成することができる。すなわち、前半工程で得られた未焼成造粒球を用い、これを単体で焼成して空間調整球を形成する（Ｓ２４）。この焼成工程は、以後の結合焼成で発泡が生じない程度に焼成されることがよく、例えば８５０℃で３〜４分で焼成される。これと平行して、未焼成ガラス板を形成する（Ｓ２６）。未焼成ガラス板は、上記のように、ガラス微細粉に、好ましくは１％質量濃度以下の水ガラスを加えて混合し、板材としたものである。つぎに、未焼成ガラス板の上に、未焼成造粒球と、空間調整球とを、好ましくは混合比＝１：２で混合し、適当に積層する（Ｓ２８）。そして、これらを積層状態のまま、加熱し、結合焼成する（Ｓ３０）。結合焼成の条件は、例えば８００℃６０分とすることができる。これによって、底面に軽量で防水性のあるガラス板を有し、その上にガラス板と適当に結合し、適当な空隙と発泡小球同士の適当な結合を有する発泡小球積層体が配置された緑化基盤材が得られる（Ｓ３２）。緑化基盤材は適当なフレーム内に配置されて用いられる（Ｓ３４）。

原材料として、医薬用ドリンク瓶として用いられた茶色ガラス瓶、調味料瓶として用いられた透明ガラス瓶、酒瓶として用いられた緑色ガラス瓶を用いた。着色により、ガラス瓶に含まれる元素が異なるので、それぞれ区別して、以下の工程を行ったが、結果として、いずれも緑化基盤材としては遜色がないものが製造できた。したがって、以後では、着色の区別をせずに説明を行う。

ガラス瓶は、ハンマーで約４ｍｍ程度のカレットに粉砕し、次に石臼を用いて粉砕し、さらにボールミルでガラス微細粉とした。ボールミルには、アルミナセラミックスの直径５ｍｍ又は１０ｍｍのボールを用いた。ガラス微細粉は、目開き寸法が１６μｍのシートメッシュを用いてふるい分けし、シートメッシュを通ったガラス微細粉のみを以後の工程に用いた。

ガラス微細粉に対し、発泡剤として炭酸カルシウムを５％質量比で配合し、結合剤として、精製水によって１％質量濃度に希釈された水ガラスをガラス微細粉に対し３５％質量比で加え、これらを混合した。混合物は、５３ｍｍ×５３ｍｍ×深さ３ｍｍの枠の中に収め、板を乗せて適当に加圧して平坦化し、これを取り出して平板状に成形した。そして図1５で説明した押切具を用いて、３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍの未焼成造粒球を形成した。形成の後、約２４時間室温乾燥させた。

また、これと平行し、結合剤として、精製水によって１％質量濃度に希釈された水ガラスをガラス微細粉に対し３５％質量比で混合し、５３ｍｍ×５３ｍｍ×深さ３ｍｍの枠の中に収め、板を乗せて適当に加圧して平坦化し、これを取り出して平板状に成形し、未焼成ガラス板を形成した。形成の後、約２４時間室温乾燥させた。

次に、複数の未焼成造粒球を、断熱シートを用いた５０ｍｍ×５０ｍｍ×深さ１０ｍｍの焼成用容器を用い、８５０℃、３分から４分の範囲で加熱し発泡焼成し、複数の空間調整球を形成した。この場合、発泡球が相互に結合しないようにして焼成を行った。焼成は、市販の大気ボックス炉を用いた。大気ボックス炉は、設備電量１２２００Ｗの電気抵抗加熱方式の加熱炉で、オートチューニング付きＰＩＤ制御が可能で、設定精度は、プラスマイナス（設定温度の０．３％＋１ｄｉｇｉｔ）℃である。温度検出は熱電対を用いている。

そして、断熱シートを用いた５０ｍｍ×５０ｍｍ×深さ１０ｍｍの焼成用容器を用い、まず未焼成ガラス板を配置し、その上に、未焼成造粒球と空間調整球とを、未焼成造粒球：空間調整球＝１：２の混合比で混ぜて、高さ約１０ｍｍに配置した。混合は、先に空間調整球を容器に入れ、次いで未焼成造粒球を空間調整球の上に撒き、軽く容器を振動させることで行った。

この混合積層体を容器ごと、前記大気加熱ボックス炉に入れて、８００℃６０分で加熱し、結合焼成を行った。焼成後は徐冷した。このようにして得られた防水性の焼成ガラス板付き発泡小球積層体を、緑化基板材とし、側面を漆喰で覆い、４個×４個平面配置し、図1に示すフレームに収納した。そして、例えば芝（トールフェスク）を植えたところ、安定して植生できることが確認された。

本発明に係る実施の形態における緑化基盤材の構造と、それが利用される形態を説明する図である。 本発明に係る実施の形態におけるガラス砕片利用の緑化基盤材の製造方法の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、粉末加工の相違によってガラス微細粉の様子が異なる様子を示す模式図である。 本発明に係る実施の形態において、粉末加工の相違によってガラス微細粉のかさ密度が相違する様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ガラス微細粉の細かさの効果を、発泡焼成した後の発泡小球におけるかさ密度で比較した図である。 本発明に係る実施の形態において、ガラス微細粉の細かさの効果を、発泡焼成した後の発泡小球における発泡率で比較した図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡焼成後のかさ密度と焼成条件の関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡焼成におけるかさ密度に及ぼす炭酸カルシウムの効果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡焼成におけるかさ密度に及ぼす水ガラスの濃度の効果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡するメカニズムを説明するために、発泡剤も結合剤も共に用いず、ガラス微細粉のみを加熱し、かさ密度及び発泡率における加熱温度の効果を調べた結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡するメカニズムを説明するために、ガラス微細粉に発泡剤と結合剤とを混合して加熱し、かさ密度及び発泡率における加熱温度の効果を調べた結果である。 本発明に係る実施の形態において、発泡するメカニズムを説明するために、炭酸カルシウム単体を加熱したときのＸ線回折強度を調べた結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡するメカニズムを説明するために、ガラス微細粉と炭酸カルシウムとを混合したものを加熱し、そのときのＸ線回折強度を調べた結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ガラス微細粉と炭酸カルシウムを混合して焼成したものについて再加熱し、かさ密度がどのように変化するかを調べた結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ガラス微細粉の混合物を平板状に成形し、これを適当な大きさに分けて、未焼成造粒球として成形する様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、未焼成造粒球の様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態に関連して、積層された未焼成造粒球が８００℃で５分加熱したとき、どのように発泡するかを、模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態に関連して、積層された未焼成造粒球が８００℃で１０分加熱したとき、どのように発泡するかを、模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態に関連して、積層された未焼成造粒球が８００℃で３０分加熱したとき、どのように発泡するかを、模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態に関連して、積層された未焼成造粒球が８００℃で６０分加熱したとき、どのように発泡するかを、模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態に関連して、未焼成造粒球の単体を発泡焼成し、得られた発泡小球を積層し、再び加熱したときの様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態に関連して、再焼成したものの結合力が弱いことを考察するために行った実験の結果を示すものである。 本発明に係る実施の形態において、未焼成造粒球を単体で発泡焼成して形成した空間調整球と、別途成形しておいた未焼成造粒球とを混合し、積層し、さらに加熱したときの様子を示す模式図である。 本発明に係る実施の形態において、未焼成造粒球と空間調整球の混合比を変えて、空隙と結合の様子を調べた結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、未焼成造粒球と空間調整球の混合比が積層体の内部の熱伝導に及ぼす効果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、結合焼成工程の条件を同一にして、未焼成造粒球から空間調整球を形成するときの焼成条件を変化させた場合の結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、発泡焼成された後の再加熱の前後での吸水率の変化の様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ガラス微細粉に水ガラスのみを混合して板材とし、それを焼成したときの発泡性を調べた結果を示す図である。

符号の説明

１０ フレーム、１２ 筐体、１４ 支持棒、１８ 集合ブロック、２０ 緑化基盤材、２２ 焼成ガラス板、２４ 発泡小球積層体、２６ 通常発泡小球、２７ 空間調整球、２８ 漆喰、３０ 枠、３２ 混合物、３４ 平板状成形体、３６ 押切具、３８，４０ 中間体、５０ 未焼成造粒球。

Claims (12)

1. ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、
   ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、
   未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の空間調整球とする空間調整球形成工程と、
   複数の未焼成造粒球と、複数の空間調整球とを任意の混合率で混合し、焼成して、未焼成造粒球を発泡させると共に、発泡した造粒球と空間調整球とを結合させて、発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、
   を含むことを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
2. ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、
   ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、
   未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とする発泡小球形成工程と、
   ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成グリーンシートとして成形する未焼成グリーンシート形成工程と、
   未焼成グリーンシートの上に複数の発泡小球を配置して任意の積層数で積層し、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球とを結合させて、発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、
   を含むことを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
3. ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、
   ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、
   未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の空間調整球とする空間調整球形成工程と、
   ガラス微細粉と結合剤とを混合し、未焼成ガラス板として成形する未焼成ガラス板形成工程と、
   複数の未焼成造粒球と、複数の空間調整球とを任意の混合率で混合し、未焼成ガラス板の上に積層し、焼成して、未焼成造粒球を発泡させると共に、発泡した造粒球と空間調整球と未焼成ガラス板とを結合させて、未焼成ガラス板を焼成した防水性層の上に発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、
   を含むことを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
4. ガラス砕片を微粉に破砕してガラス微細粉とする粉砕工程と、
   ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成造粒球として成形する未焼成造粒球形成工程と、
   未焼成造粒球を焼成して発泡させ、任意のかさ密度の発泡小球とする発泡小球形成工程と、
   ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合し、未焼成グリーンシートとして成形する未焼成グリーンシート形成工程と、
   ガラス微細粉と結合剤とを混合し、未焼成ガラス板として成形する未焼成ガラス板形成工程と、
   未焼成グリーンシートの上に複数の発泡小球を配置して任意の積層数で積層し、これを未焼成ガラス板の上にさらに積み、焼成して、未焼成グリーンシートを発泡させると共に、発泡したグリーンシートと発泡小球と未焼成ガラス板とを結合させて、未焼成ガラス板を焼成した防水性層の上に発泡小球が結合され積層された緑化基盤材とする結合工程と、
   を含むことを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
5. 請求項１又は請求項３に記載のガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、
   空間調整球形成工程は、
   その後の結合工程における焼成条件の下での発泡率が１以下となるように、焼成条件が設定されることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
6. 請求項１又は請求項３に記載のガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、
   結合工程は、
   未焼成造粒球と空間調整球の混合比は、質量比で、未焼成造粒球：空間調整球＝１：１〜１：３とすることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１に記載のガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、
   発泡剤は、炭酸カルシウムであり、
   結合剤は、水ガラスであることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
8. 請求項７に記載のガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、
   未焼成造粒球形成工程は、
   ガラス微細粉に対し、発泡剤が４％質量比〜１０％質量比で混合され、
   結合剤として、水によって１％質量濃度〜１０％質量濃度に希釈された水ガラスが用いられることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
9. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれか１に記載のガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法において、
   未焼成造粒球を焼成発泡させるために、未焼成造粒球をベルトに載せ、トンネル炉の中を通過させて加熱処理する装置を用いる場合には、トンネル炉の温度設定を、ガラスが軟化し始める温度を超え、かつガラスと発泡剤とが反応し始める温度を超える温度とすることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材の製造方法。
10. ガラス微細粉と発泡剤と結合剤とを混合して焼成した発泡小球が結合され積層された緑化基盤材であって、
    発泡小球の体積に対する発泡小球の内部に吸水される水の体積の比を吸水率として、吸水率が異なる２種類の発泡小球が混合されて含まれることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材。
11. 請求項９に記載のガラス砕片利用緑化基盤材において、
    吸水率の大きい通常発泡小球と、吸水率の小さい空間調整発泡小球との質量比が、通常発泡小球：空間調整発泡小球＝１：１〜１：３であることを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材。
12. 請求項９に記載のガラス砕片利用緑化基盤材において、
    吸水率が少なくとも３倍以上異なる２種類の発泡小球を含むことを特徴とするガラス砕片利用緑化基盤材。