JP2011226156A

JP2011226156A - 高反射白色タイルおよびその製法

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Publication number: JP2011226156A
Application number: JP2010097106A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Okano; 伸章岡野
Original assignee: DANTO HOLDINGS CORP
Current assignee: DANTO HOLDINGS CORP
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】建物の床材や壁材として使用され、室内の光の拡散を補助し、より少ない照明数で照度を維持または上昇させることができるタイルおよびその製法を提供する。
【解決手段】コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶を有し、かつ酸化鉄の含有量が０．５重量％以下でＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５.５であるタイル素地を、少なくとも、片側表面に有することを特徴とする高反射白色タイル。（ｉ）タイル原料および酸化アルミニウムを混合し、ここにタイル原料および酸化アルミニウムは、焼成後の酸化鉄の含有量が０．５重量％以下であってＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５．５になるよう選択配合され、（ｉｉ）得られた混合物を成形し、次いで、（ｉｉｉ）成形体を焼成して、Ｘ線回折において、コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）を主としたピークが得られる焼結体を得る高反射白色タイルの製法。
【選択図】図６

Description

本発明は、建物の床材や壁材として使用され、室内の光の拡散を補助し、より少ない照明数で照度を維持または上昇させることができる高反射白色タイルおよびその製法に関する。

照明から発する光については、世界中で莫大なコストとエネルギーが使われており、そのコスト削減と省エネ化（ＣＯ_２削減）が各国で進められているが、その対策の一例として、床材へ反射率の高いセラミック床を使用することによって部屋の照度が上昇することが知られている。

部屋の照度を決めるファクターは、以下の式に示すように光源の数や出力以外にも、照明率（器具を通り室内の床や天井や壁に反射し、その結果光が作業面にどれだけの割合で届いているかを表す）、保守率（光束の維持率を表す；使用ランプ（光束維持率）・状況（ほこり等）によって変化する）などがあり、ランプの本数（消費電力）を減らしても、照明率の効率を（壁や床などの反射率向上により）上げていくことで、部屋の明るさを維持できることが理論的には可能であることが分かっている。

内装材の反射率が高いほど、照明率が大きくなり、照明の本数を減らせる割合が増えるが、一般的に反射率の高いタイルは明るい色で６０％程度、白色のタイルでも図１に示すように７０％程度の反射率である。特に反射率８５％を超える材料は、建材に限らず稀である。図１は、一般的な白色壁用タイル（商品名ＰＬ−１００：ダントー（株）製）の分光反射率を示すグラフであり、ＪＡＳＣＯ（日本分光）製分光光度計（Ｖ−５７０）を用いて測定されたものである。

省エネ効果の高い新しい光源として期待されているＬＥＤ照明は、蛍光灯が部屋全体を満遍なく照らすのに対し、直線的に光を発する傾向がある。このため、場所によっては光の当たり方にムラが出る。そのムラをなくそうとすると、その分多めにＬＥＤ照明を設置しなければならず、蛍光灯の環境をＬＥＤで再現しようとすると、電気使用量が増えてしまう事例まで発生している（非特許文献１）。

一般的に部屋の内装材の反射率は、天井は高く、床は低くなる傾向がある。ＬＥＤの光は直線的であるため、床方向へ光が集中し、比較的反射率の高い材料を使用している天井へ光が照射されないので、光が部屋全体に拡散しにくくなる傾向がある。

また、国内のトンネル総延長は約３３００ｋｍであり（非特許文献２）、そこに設置される照明器具も膨大な数となっている。トンネル内は昼光が当らないため，夜間だけでなく昼間も照明が必要であり、原則として２４時間連続で点灯されていることから、全国のトンネルで照明に消費される電力は多大なものとなっており、省エネ化が急がれている。

日経ビジネス、２００９年４月６日、９頁道路統計年報２００７年版、全国道路利用者会議、２９３頁〜３０５頁（２００７）

本発明の目的は、前記諸問題を解決しようとするものである。

本発明は以下を提供する。
［１］コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶を有し、かつ酸化鉄の含有量が０．５重量％以下でＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５．５であるタイル素地を、少なくとも、片側表面に有することを特徴とする高反射白色タイル。

［２］前記［１］において、少なくとも片側表面部における波長３８０〜７８０ｎｍの可視光域の反射率が７０％以上となることを特徴とする高反射白色タイル。

［３］前記［１］または［２］において、少なくとも片側表面が、汚れによる反射率低下を防止するための施釉処理に付されたことを特徴とする高反射白色タイル。

［４］前記［１］ないし［３］のいずれか１において、２５ＭＰａ以上の曲げ強度を有することを特徴とする高反射白色タイル。

［５］前記［１］ないし［３］のいずれか１において、顔料をタイル素地に含有する場合も、白さを表す色差計のＬ値が９１．５以上であることを特徴とする高反射白色タイル。

［６］（ｉ）タイル原料および酸化アルミニウムを混合し、ここに、タイル原料および酸化アルミニウムは、焼成後の酸化鉄の含有量が０．５重量％以下であってＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５.５になるよう選択配合され、（ｉｉ）得られた混合物を成形し、次いで、（ｉｉｉ）成形体を焼成して、Ｘ線回折において、コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）を主としたピークが得られる焼結体を得ることを特徴とする高反射白色タイルの製法。

かかる高反射白色タイルを床や壁に貼ることにより、建物内の空間を往復する光の量が増え、明るさを保ちつつ照明の数を減らすことができる。

高反射白色タイルは、８０〜９０％程度の高い反射率でありながら耐久建材であるため、床に使用することができ、ＬＥＤによって、床の一部分に集中した光を部屋全体に広げることが可能となる。

通常のタイル原料へ酸化アルミニウムを添加することにより、セラミックス表面において失透性が増し、セラミックス表面における光の反射率を高めることができる。これらの技術により、従来のタイルでは得られなかった高い反射率を有するタイルが得られる。

本発明により、従来のタイルとほぼ同等のコストで導入が可能でありながら、部屋またはトンネルなどの建造物内の照度を維持しつつ、照明数を削減することができ、大幅な省エネによる経済効果が得られる。

酸化アルミニウムを添加した素地は、通常の素地のタイルに比べ、材質強度が２倍〜３倍程度あり、必要な強度を維持しつつタイルを薄くすることができ、省資源性に優れるタイルが得られる。また耐摩耗性も優れた性能を持っており、人通りの多い所へ使用しても長期にわたって、その性能を維持することができる。

本発明の高反射白色タイルは、建造物内の照明から発した光をタイル表面にて高い反射率で拡散反射し、建物内の照度のムラを軽減しつつ照明数を減らすことができる。部屋の形状にも影響されるが、部屋の内装の反射率が天井８０％壁６０％床２５％の部屋において、床の反射率を２５％から６０％の床材に変更すると、照度を維持しながら約１５％の照明を削減できる。さらに本発明の反射率９０％の高反射白色タイルを設置した場合、反射率２５％の床の時に比べ約３０％の照明が削減できる。さらに床だけでなく壁も（６０％→９０％）併用した場合、相乗効果が得られ照度を維持しながら約５０％の照明が削減できる。

本発明の高反射白色タイルは、内装壁タイル、屋内用床タイルなどの機能性が生かせる場所だけではなく、材質・意匠性も優れるため場所を問わず使用することができる。

図１は、一般的な白色壁用タイル（商品名ＰＬ−１００：ダントー（株）製）の分光反射率を示すグラフである。図２は、分光反射率を示すグラフである。図３は、照度を測定する様子を示す写真である。照度測定個所を示す床の図である。釉薬未処理の場合における、高反射白色タイルを１ヶ月土足で歩く場所に放置した後の該タイル表面の写真である。薄釉薬処理の場合における、高反射白色タイルを１ヶ月土足で歩く場所に放置した後の該タイル表面の写真である。釉薬未処理の場合における、高反射白色タイルの表面の電子顕微鏡写真（約１００倍）である。薄釉薬処理の場合における、高反射白色タイルの表面の電子顕微鏡写真（約１００倍）である。高反射白色タイルのＸ線回折のチャートである。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の高反射白色タイルは、コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶を有し、かつ酸化鉄の含有量が０．５重量％以下でＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５．５であるタイル素地を、少なくとも片側表面に有することを特徴とする。

本発明の高反射白色タイルにおけるタイル素地はコランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶を有する。

酸化鉄の含有量は０．５重量％以下、好ましくは０．３重量％以下、より好ましくは０．２重量％以下、最も好ましくは０．１重量％以下である。

また、タイル素地におけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比は、０．５〜５.５、好ましくは０．８〜４．５、より好ましくは１．２〜３．０、最も好ましくは１．４〜１．７である。

ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が５を超える場合には、反射率上昇効果が得られないおそれがあり、０．５未満の場合は、溶融状態が不十分となりタイルとしての性質を損なうおそれがある。なお、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成におけるＡｌ_２Ｏ_３はコランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）に限定されるものではなく、その他のＡｌ_２Ｏ_３を含めて分子組成ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３が計算される。

このようにタイル素地は、高反射白色タイルの少なくとも片側表面に存在するが、タイルの両面表面に存在してもよく、また、表面のみならず内部に存在してもよく、そして、タイル全体がそのような素地よりなるものであってもよい。

本発明の高反射白色タイルにおいて、少なくとも片側表面部における波長３８０〜７８０ｎｍの可視光域の反射率は７０％以上が好ましい。より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは８５％以上、最も好ましくは９０％以上である。

反射率は、例えば、ＪＡＳＣＯ（日本分光）製分光光度計（Ｖ−５７０）を用いて測定することができる。

ある実施態様によれば、本発明の高反射白色タイルにおいて、少なくとも片側表面が、汚れによる反射率低下を防止するための施釉処理に付されている。

ある実施態様において、本発明の高反射白色タイルは２５ＭＰａ以上、好ましくは５０ＭＰａ以上、より好ましくは７５ＭＰａ以上、最も好ましくは１００ＭＰａ以上の曲げ強度を有する。

本発明においては、タイル素地は顔料を含んでいてもよく、その顔料の例としては、青系顔料として (株)池垣化学工業所製NO.100海碧、黄系顔料として (株)池垣化学工業所製No.2 黄、赤系顔料として日陶顔料工業（株）製No.060810陶試紅、緑系顔料として伊勢久(株)製CB144グリ−ンが挙げられる。ある実施態様においては、本発明の高反射白色タイルが顔料をタイル素地に含有する場合に、白さを表す色差計のＬ値が９１．５以上である。

かかる高反射白色タイルは、以下のようなタイル製法により製造される。例えば、本発明の高反射白色タイルは、タイル原料を加圧成形や押出し成形により所望の形状とし、次いで、得られた成形体を焼成して得られる。さらに詳細には、まず、タイル原料（本明細書においては、タイル原料とは、窯業用粘土を主原料とし、長石、陶石、硅石、蝋石、滑石および石灰が必要に応じて配合されたものをいう）に加えて、酸化アルミニウムを原料とする。水を加え、ミルにて微粉砕した泥漿をスプレードライヤで噴霧乾燥もしくは、フィルタープレスによる脱水後２ｍｍ以下に粉砕して粒状の坏土にする。その坏土を用いて加圧成形機にて、タイル本体としての成形体に成形し、必要に応じて表面に防汚処理用の釉薬（比重１．０５〜１．２ｇ／ｃｍ^２の釉薬を１ｇ〜２ｇ／１００ｍｍ^２塗布する）（焼成後の厚みとしては、０．０５〜０．２ｍｍ程度である）を施し、焼成炉に入れ、焼成して（焼成時間は、１５〜４０時間である）高反射白色タイルを製造する。この時、特定の調合率で調合および特定の焼成温度（１１００℃〜１３００℃）で焼成することにより、タイル原料に応じて吸水率３％以下の磁器質タイル、吸水率３〜１０％のせっ器質タイル、または吸水率５０％以上の陶器質タイルが得られる。本発明の高反射白色タイルは、これらの３種のいずれのタイルとして得てもよいが、防汚の観点から磁器タイルが推奨される。

上記の原料へ添加される酸化アルミニウムの量は、焼成後のタイルに含まれるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が以下のようになるよう調整される。具体的には、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比は０．５〜５.５（坏土原料１００質量部に対しておよその酸化アルミニウム添加量５〜６０質量部）であり、好ましくは、０．８〜４．５（およその酸化アルミニウム添加量１０〜５０質量部）、より好ましくは１．２〜３．０（およその酸化アルミニウム添加量２０〜４０質量部）、最も好ましくは１．４〜１．７（およその酸化アルミニウム添加量３０〜３５質量部）である。

上記の原料において不純物として含まれているＦｅ_２Ｏ_３は、光を吸収してしまう成分であるため、焼成後のタイル含まれるＦｅ_２Ｏ_３が以下の量になるよう調整される。具体的には、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、０．５重量％以下であり、好ましくは、０．３重量％以下、より好ましくは０．２重量％以下、最も好ましくは０．１重量％以下である。

以下、本発明を実施例および試験により具体的に説明するが、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される発明の思想および範囲内に入る他の態様も本発明に含まれる。

試験例１
従来の方法に従い鉄分を少なくし、乳濁剤：ＺｒＳｉＯ_４（ジルコン）を使用して、反射率の高いタイルを試作した。電気炉にて焼成し、焼成温度１，２５０℃、焼成時間は約２４時間であった。コニカミノルタ（株）製色彩色差計「ＣＲ−２００」を使用して色差を測定した。Ｆｅ_２Ｏ_３重量％およびＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３組成の比は蛍光Ｘ線による定量分析により求めた。

表１に示すように、原料に含まれる不純物の鉄分が少なくなると素地の光の吸収が減り、白さが増すが、それだけでは反射率７０％付近が限界である。さらにそこへ乳濁剤となるジルコンを添加すると反射率が７０％を超え８５％付近まで上昇するが、原料のコストが非常に高くなるという問題が発生する。

試験例２
通常の磁器質タイルに製造している原料（８番）へ酸化アルミニウムを添加したときの調合率と電気炉にて１，２５０℃焼成（焼成時間：約２４時間）後の性質を下記の表２に示す。

表２より、アルミナ（酸化アルミニウム）の添加量が増えるに従い白さと反射率及び強度が増す傾向がある。しかし、光を吸収してしまうＦｅ_２Ｏ_３が０．５重量％を超える場合は、反射率７０にすら満たず十分な白さと反射率が得られないことが分かる。

実施例１
光を吸収してしまう鉄分の少ない原料を選択し、再度調合試験を行った。
電気炉にて焼成し、焼成温度１，２５０℃、焼成時間は約２４時間であった。また１９番〜２２番については、粒度の違いによる性質変化も測定した。その結果を表３に示す。

酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の０．５％以下の状況下では、表３を見て分かるように、酸化アルミニウムの添加の増加により、タイル素地の失透性が強くなり、表２では、得られなかった８０〜９０％と高い反射率が得られる。１６番においては、表１の５番とＦｅ_２Ｏ_３量はほぼ同じであるが、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が４.５以下になり、反射率７５％超えの値が得られた。１７番と１８番では、アルミナ添加量の増加により、順調に反射率が上昇しているが、１８番と１９番では、不純物であるＦｅ_２Ｏ_３の増加により、やや反射率が低下している。さらに２０〜２３番において、粉砕粒度を変化により原料の粒径が小さくなるほど、反射率の増加が確認できる。２４番と２５番では酸化アルミニウム添加量がさらに増加しているが、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が１．４以下になると、反射率上昇効果は小さくなる。

表３の１９番の素地の原料へ顔料を添加し、湿式混合で着色した。青系顔料としては、 (株)池垣化学工業所製NO.100海碧、黄系顔料としては、(株)池垣化学工業所製No.2 黄、赤系顔料としては日陶顔料工業（株）製No.060810陶試紅、緑系顔料としては伊勢久(株)製CB144グリ−ンを用いた。焼成については、トンネル窯にて焼成温度１，２００℃、約３６時間で焼成した。

Ｌ値９１．５以上の白さを維持しつつ、微妙な色を持つ意匠性を有したタイルが得られる。
実施例２

表３の２１番に近い条件で実際にタイルを製造し、部屋の照度の上昇が得られるか試験を行った。

下記表５に示す組成を有する坏土を調製し、幅３００ｍｍ厚さ１１ｍｍで成形した成形体の上に、防汚のための薄釉を施釉（比重１．２ｇ／ｃｍ^２の釉薬を２ｇ／１００ｍｍ^２塗布）し、その後、トンネル窯にて焼成温度１，２００℃にて、約３６時間焼成し、磁器タイルを調製した。

＜表面反射率の測定＞
前記より調製した磁器タイルの波長別の反射率を分光光度計（Ｖ−５７０：ＪＡＳＣＯ（日本分光）製）で測定した。分光反射率を図２に示す。また、可視光反射率を表６に示す。

高反射率タイルＡを反射率２５％程度の床に設置し、設置する前と後での照度の比較を行った。設置を行う部屋の大きさと測定条件を下記に示す。

部屋の大きさ間口３．２５×奥行き６．００×高さ３．００ｍ
器具：ＦＥＮ４２１５ランプ：ＦＬＲ４０ｓｗ／Ｍ／３６×２光束：６０００ｌｍ台数４台
作業面の高さ０．７ｍの照度を測定する。
照度を測定する様子を示す写真を図３に示す。

測定は図３のように１４か所、基準点から１ｍ間隔と四隅の照度を測定して比較した（単位ｌｘルクス）。照度測定個所を示す床の図を図４に示す。

床を反射率２５％の床から９０％高反射白色タイルに貼るだけで４０〜８０ｌｘほど、部屋の照度が上昇した。
実施例３

実施例２の表５の高反射白色タイルＡにおいて釉薬処理したものとしていないものとを比較した。土足で歩く廊下に両者のタイルを設置し、１ヶ月後のタイル反射率を測定することによって汚れに対する比較試験を行った。床に設置する前の反射率を１００％とした場合の換算タイル反射率、および同じ換算での１ヶ月後にモップで床を清掃した後の換算タイル反射率を表７に示す。

釉薬未処理の場合における、１ヶ月土足で歩く場所に放置した後の写真を図５に示す。また、薄釉薬処理の場合における、１ヶ月土足で歩く場所に放置した後の写真を図６に示す。釉薬未処理の場合における、表面の電子顕微鏡写真（約１００倍）を図７に示す。薄釉薬処理の場合における、表面の電子顕微鏡写真（約１００倍）を図８に示す。

未処理のタイル表面は表面がゴツゴツとして凹凸が激しく、汚れがたまりやすい表面であるが、釉薬処理されたタイル表面はガラス状の滑らかな表面で、汚れが付きにくい表面が得られる。

これらの技術により、汚れが目立ちやすい白色であるが、長期間メンテナンスをしなくても、意匠性と反射性能が損なわれず、床材として使用することができる。

このタイルは、釉薬層を有した施釉タイルであってもよく、釉薬層を有しない無釉タイルであってもよい。ただし、施釉タイルであれば、汚れに対して、十分に防止される。

Claims

コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶を有し、かつ酸化鉄の含有量が０．５重量％以下でＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５.５であるタイル素地を、少なくとも、片側表面に有することを特徴とする高反射白色タイル。
請求項１において、少なくとも片側表面部における波長３８０〜７８０ｎｍの可視光域の反射率が７０％以上となることを特徴とする高反射白色タイル。
請求項１または２のいずれか１項において、少なくとも片側表面が、汚れによる反射率低下を防止するための施釉処理に付されたことを特徴とする高反射白色タイル。
請求項１ないし３のいずれか１項において、２５ＭＰａ以上の曲げ強度を有することを特徴とする高反射白色タイル。
請求項１ないし３のいずれか１項において、顔料をタイル素地に含有する場合も、白さを表す色差計のＬ値が９１．５以上であることを特徴とする高反射白色タイル。
（ｉ）タイル原料および酸化アルミニウムを混合し、ここにタイル原料および酸化アルミニウムは、焼成後の酸化鉄の含有量が０．５重量％以下であってＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の分子組成の比が０．５から５.５になるよう選択配合され、（ｉｉ）得られた混合物を成形し、次いで、（ｉｉｉ）成形体を焼成して、Ｘ線回折において、コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）を主としたピークが得られる焼結体を得ることを特徴とする高反射白色タイルの製法。