JP2023048031A - Ceramic sanitary ware - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、便器、洗面器等で使用される衛生陶器に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to sanitary ware used in toilet bowls, wash basins and the like.
衛生陶器はその重量が食器などに比べかなり大きいため、ガラス質が多い磁器を用いると焼成中に自重による変形が非常に大きくなり、製造が困難となる。一方、ガラス質が少なく結晶質の多い陶器を用いると、釉薬が施されていない部分で吸水性が生じる。そのため汚水を吸う、凍害により破損するなどの問題を生じるおそれがある。そこで、衛生陶器では、磁器と陶器の間にあたる、焼成中の変形を抑え、極力吸水性を小さくした熔化素地質の陶器素地を用いている。 Since sanitary ware is considerably heavier than tableware, if porcelain with a large amount of glass is used, deformation due to its own weight during firing becomes very large, making manufacturing difficult. On the other hand, if pottery with less glass and more crystals is used, the non-glazed portion will absorb water. As a result, problems such as absorption of sewage and damage due to frost damage may occur. Therefore, sanitary ware uses a fusible ceramic base that suppresses deformation during firing and minimizes water absorption, which is between porcelain and earthenware.
すなわち、現在、衛生陶器は、一般的に、熔化素地質の陶器素地と、釉薬層とを備え、前記熔化素地質の大部分は釉薬層が形成され、前記熔化素地質の一部は露出してなる構造体となっている。例えば、便器の場合、このような構造であることにより、着座荷重でほとんど変形せず、充分な強度を保持するとともに、表面に傷が生じにくく、衛生性が保持される。また、熔化素地質の陶器素地が緻密化され、吸水性をできるだけなくしていることから、露出部分の吸水性による不具合も防止される。 That is, at present, sanitary ware is generally provided with a ceramic body of liquefied texture and a glaze layer. It is a structure that consists of For example, in the case of a toilet bowl, due to such a structure, it hardly deforms under a seating load, maintains sufficient strength, and maintains hygienic properties because the surface is less likely to be damaged. In addition, since the pottery base, which is a fused base material, is densified to reduce water absorption as much as possible, problems due to water absorption at exposed portions are prevented.
衛生陶器は、陶磁器製品の中でも比較的大型でかつ複雑な形状をとっているため、製品の強度を保つために肉厚の構造になっている。従来の上記素地において、その曲げ強度は50~80MPaであり、この強度では、製品の肉厚は7~12mm程度必要である。そのために、製品重量が大きくなり、運搬・施工・大型化において、より軽量な衛生陶器が依然求められていた。 Sanitary ware is relatively large and has a complicated shape among ceramic products, so it has a thick structure in order to maintain the strength of the product. The bending strength of the conventional substrate is 50 to 80 MPa, and this strength requires a thickness of about 7 to 12 mm for the product. As a result, the weight of the product has increased, and there has been a demand for lighter sanitary ware in terms of transportation, construction, and upsizing.
また、衛生陶器は、その大型さゆえに成形体の自重は大きくなり、焼成中において重力の影響による軟化変形の影響を著しく受ける。さらに、衛生陶器は吸水性を可能な限り低くするために素地を緻密に焼しめる必要がある。その際に素地内部の気泡が外部に移動してしまうため焼成収縮が大きくなる。これらの軟化変形や焼成収縮への対策としては一般的には割り掛けと呼ばれる、焼成による変形を予測し狙いの形状よりも大きく成形体を作成する処置が行われる。しかし、焼成温度ばらつき等の影響による軟化変形量のばらつきを抑えることは難しく、場合によっては研磨等による修正作業が必要となる。また、焼成収縮率が大きい場合、割り掛けによる大面積における直線性の再現は難しい。さらに、近年は製品の大型化が進む傾向があり、割り掛けにより成形体を大きくする場合には成形設備の大型化も必要となり既存設備では対応できなくなる。つまり、衛生陶器は軟化変形や焼成収縮によりデザイン性や生産性で大きな制約を受けている。 In addition, since sanitary ware is large in size, the self-weight of the molded body is large, and is significantly affected by softening and deformation due to the influence of gravity during firing. Furthermore, sanitary ware needs to be densely baked to reduce water absorption as much as possible. At that time, the air bubbles inside the base body move to the outside, so that the firing shrinkage increases. As a countermeasure against such softening deformation and sintering shrinkage, a process called warikake, in which deformation due to sintering is predicted and a compact larger than the intended shape is produced, is generally performed. However, it is difficult to suppress variations in the amount of softening deformation due to variations in the firing temperature, and in some cases correction work such as polishing is required. Moreover, when the firing shrinkage rate is large, it is difficult to reproduce the linearity in a large area by splitting. Furthermore, in recent years, there has been a tendency to increase the size of products, and in the case of increasing the size of the molded body by splitting, it is necessary to increase the size of the molding equipment, which cannot be handled by the existing equipment. In other words, sanitary ware is greatly restricted in terms of design and productivity due to softening deformation and firing shrinkage.
また、大きく複雑な構造が原因で窯から出てきた際に焼成体内部で大きな温度差が生じやすく、この温度差により製品内部で熱膨張差に起因する応力が生じる。この発生応力が素地強度を越えた場合に冷め割れと呼ばれる欠点が発生する。着座等による繰り返し荷重を受ける衛生陶器にとって強度は重要な設計因子であり、強度を低下させる冷め割れは致命的な問題であるため、冷め割れが発生した場合には製品の歩留まりは大きく低下する。そのため、強度と低吸水性を担保しつつ軟化変形と焼成収縮を抑えることのできる、冷め割れに強い衛生陶器が求められていた。 In addition, due to the large and complicated structure, a large temperature difference is likely to occur inside the fired body when it comes out of the kiln, and this temperature difference causes stress due to the difference in thermal expansion inside the product. When this generated stress exceeds the base strength, a defect called cold cracking occurs. Strength is an important design factor for sanitary ware that is subjected to repeated loads due to seating, etc. Cold cracks, which reduce strength, are a fatal problem. Therefore, there has been a demand for sanitary ware that is resistant to cold cracking and that can suppress softening deformation and firing shrinkage while ensuring strength and low water absorption.
曲げ強度を上記以上に維持させ、吸水性を低めつつ、製品重量を低める技術が従来提案されている。 Conventionally, techniques have been proposed to reduce product weight while maintaining bending strength above the above level and reducing water absorption.
例えば、特開2000-319061(特許文献1)には、素地とその上の必要な部分に形成される釉薬層からなる陶磁器であって、前記素地の中央部は吸水性のある陶器質素地からなり、前記素地の表面のうち、少なくとも釉薬層が形成されていない部分では、吸水性が前記素地の中央部よりも小さくなるように、アルカリ成分を成形体に含浸させた後に焼成することが開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-319061 (Patent Document 1) describes a ceramic ware consisting of a base and a glaze layer formed on a necessary portion thereon, wherein the central part of the base is a water-absorbing pottery base. It is disclosed that the formed body is impregnated with an alkaline component and then fired so that at least a portion of the surface of the base where the glaze layer is not formed has lower water absorption than the central portion of the base. It is
特開2002-68821(特許文献2)には、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が、SiO2:50~75wt%、Al2O3:20~45wt%、Na2O:0.5wt%以上であり、また、Na2Oと、Li2O、K2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分と、CaO、MgO、BaO、BeOからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分との和が2~6wt%であり、さらに結晶として石英、クリストバライト、ムライト、コランダムの中から選ばれた少なくとも1種類以上を含み、全結晶量が素地全体100に対して10~60wt%であることを特徴とする衛生陶器が開示されている。本技術は軟化変形量を抑えているが、焼成収縮は抑制できていない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-68821 (Patent Document 2) discloses a sanitary ware comprising a ceramic base and a glaze layer formed on a necessary portion of the base, wherein the main component constituting the base is SiO 2 : 50 to 75 wt%, Al 2 O 3 : 20 to 45 wt%, Na 2 O: 0.5 wt% or more, and at least one selected from the group consisting of Na 2 O, Li 2 O, and K 2 O The sum of the seed component and at least one component selected from the group consisting of CaO, MgO, BaO, and BeO is 2 to 6 wt%, and the crystal is selected from quartz, cristobalite, mullite, and corundum. This document discloses a sanitary ware characterized by containing at least one or more kinds of crystals and having a total amount of crystals of 10 to 60 wt % with respect to 100 of the entire base. Although this technology suppresses the amount of softening deformation, it cannot suppress firing shrinkage.
特開2001-348263(特許文献3)には、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、前記素地は、ムライト及び石英を主成分とする結晶相と、SiO2、Al2O3を主成分とするガラス相と、必要に応じてクリストバライト、アンダルサイト、シリマナイト、カイヤナイト、コランダムから選ばれた鉱物からなる結晶相とを含む素地であり、素地の主要な成分がSiO2:50~65wt%、Al2O3:30~45wt%、アルカリ酸化物0.1~2wt%、2価金属酸化物0.1~10wt%であり、前記2価金属酸化物成分として、少なくともCaO成分を含有し、前記素地中に前記CaO成分が偏析しているCaO成分偏析部が散在していることを特徴とする衛生陶器が開示されている。本技術は焼成収縮と軟化変形を抑えているが、低吸水性を実現できていない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-348263 (Patent Document 3) discloses a sanitary ware comprising a ceramic base and a glaze layer formed on a necessary portion of the base, wherein the base contains mullite and quartz as main components. A body containing a crystalline phase, a glass phase containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components, and a crystalline phase made of a mineral selected from cristobalite, andalusite, sillimanite, kyanite, and corundum, if necessary. , the main components of the substrate are SiO 2 : 50 to 65 wt%, Al 2 O 3 : 30 to 45 wt%, alkali oxides 0.1 to 2 wt%, divalent metal oxides 0.1 to 10 wt%, Disclosed is a sanitary ware characterized by containing at least a CaO component as a divalent metal oxide component, and having CaO component segregated portions in which the CaO component is segregated in the base. This technology suppresses firing shrinkage and softening deformation, but does not achieve low water absorption.
特開2002-68825(特許文献4)には、陶石、珪石、蝋石、シャモット、バン土頁岩、カオリンに代表される骨格形成材料と蛙目粘土、木節粘土、カオリンに代表される可塑性原料、珪灰石、石灰石、灰長石に代表されるカルシウム原料、場合によっては、長石、ドロマイトに代表される焼結助剤原料からなる窯業原料を成形して成形素地を得る成形工程と、必要に応じて必要な部分に施釉する施釉工程と、焼成工程とを含む方法により製造可能な衛生陶器用素地において、前記成形工程の成形素地の充填率が68体積%以上であり、かつ、素地の主成分の組成が、SiO2:45~70重量%、Al2O3:25~50重量%であり、その他の組成成分として、Na2O、K2O、Li2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ金属酸化物及び/又は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を含み、Na2O、K2O、Li2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ金属酸化物の総量が2重量%以下であり、かつNa2O、K2O、Li2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ金属酸化物と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の総量が10重量%以下であり、アルカリ土類金属酸化物成分として、少なくともCaO成分を含有することを特徴とする陶磁器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-68825 (Patent Document 4) discloses a framework-forming material represented by pottery stone, silica stone, Rouseki, chamotte, vando shale, and kaolin, and a plastic raw material represented by Gairome clay, Kibushi clay, and kaolin. , calcium raw materials such as wollastonite, limestone, and anorthite, and in some cases, ceramic raw materials composed of sintering aid raw materials such as feldspar and dolomite, to obtain a molding base, and if necessary, In a sanitary ware body that can be produced by a method that includes a glaze application step of applying a glaze to a necessary part with a sintering step and a firing step, the filling rate of the molding body in the molding step is 68% by volume or more, and the main component of the body has a composition of SiO 2 : 45 to 70% by weight, Al 2 O 3 : 25 to 50% by weight, and other compositional components selected from the group consisting of Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O. containing at least one alkali metal oxide and/or at least one alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of CaO, MgO, BaO and BeO, and from Na 2 O, K 2 O and Li 2 O The total amount of at least one alkali metal oxide selected from the group consisting of 2% by weight or less, and at least one alkali metal oxide selected from the group consisting of Na 2 O, K 2 O and Li 2 O and at least one alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of CaO, MgO, BaO, and BeO is 10% by weight or less, and contains at least a CaO component as an alkaline earth metal oxide component Disclosed is a ceramic ware characterized by:
WO97/26223(特許文献5)には、結晶相とガラス相から構成され、ガラス相にアルカリ酸化物とアルカリ土類酸化物を含む陶磁器素地において、前記アルカリ酸化物とアルカリ土類酸化物の総量に対するアルカリ土類酸化物のモル比が30mol%以上であることを特徴とする陶磁器素地が開示されている。
本技術は、焼成変形量を低めているが、低吸水性と軽量化の両立はできていない。
WO97/26223 (Patent Document 5) discloses that in a ceramic body composed of a crystal phase and a glass phase and containing alkali oxides and alkaline earth oxides in the glass phase, the total amount of the alkali oxides and alkaline earth oxides is A ceramic body is disclosed which is characterized by a molar ratio of alkaline earth oxides to 30 mol % or more.
Although this technology reduces the amount of firing deformation, it does not achieve both low water absorption and weight reduction.
特開2001-287981(特許文献6)には、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、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%以上であることを特徴とする衛生陶器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-287981 (Patent Document 6) discloses a sanitary ware comprising a ceramic base and a glaze layer formed on a necessary portion of the base, wherein the composition of the main component constituting the base is SiO: 45 to 70% by weight, Al 2 O 3 : 25 to 50% by weight, and the matrix further contains alkali metal oxides and at least one alkali selected from the group consisting of CaO, MgO, BaO, and BeO. The total content of earth metal oxides is 6% by weight or less, the amount of alkali metal oxides in the base is 2% by weight or less, Na 2 O as an essential component of the alkali metal oxides, and an optional component and containing 20% by weight or more of Na 2 O with respect to the total amount of Na 2 O and K 2 O.
特開2002-255630(特許文献7)には、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、更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10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、アルカリ土類金属酸化物のうちの必須成分としてCaOとMgOとを含有しており、CaOとMgOとの合計量に対してMgOが20重量%以上であることを特徴とする衛生陶器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-255630 (Patent Document 7) describes a sanitary ware comprising a ceramic base and a glaze layer formed on a necessary portion of the base, wherein the composition of the main component constituting the base is SiO 2 : 45 to 70% by weight, Al 2 O 3 : 25 to 50% by weight, and the matrix further contains 10% by weight or less of alkali metal oxides and alkaline earth metal oxides in total, The amount of alkali metal oxide in the base material is 2% by weight or less, and CaO and MgO are contained as essential components of the alkaline earth metal oxide, and MgO is present with respect to the total amount of CaO and MgO. A sanitary ware characterized by a content of 20% by weight or more is disclosed.
特開2002-80266(特許文献8)には、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、前記素地は、ムライト及び石英を主成分とする結晶相と、SiO2、Al2O3を主成分とするガラス相と、必要に応じてクリストバライト、アンダルサイト、シリマナイト、カイヤナイト、コランダムから選ばれた鉱物からなる結晶相とを含む素地であり、素地の主要な成分がSiO2:50~65wt%、Al2O3:30~45wt%、アルカリ酸化物0.1~2wt%、2価金属酸化物0.1~10wt%であり、前記2価金属酸化物成分として、少なくともCaO成分を含有し、前記素地中に前記CaO成分が偏析しているCaO成分偏析部が散在しており、前記素地原料として、アスペクト比が10以上の繊維状ワラストナイトを使用したことを特徴とする衛生陶器が開示されている。本技術は焼成収縮を抑え、高強度と軽量化を両立できているが、低吸水性は実現できていない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-80266 (Patent Document 8) discloses a sanitary ware comprising a ceramic base and a glaze layer formed on a necessary portion of the base, wherein the base mainly contains mullite and quartz. A body containing a crystalline phase, a glass phase containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components, and a crystalline phase made of a mineral selected from cristobalite, andalusite, sillimanite, kyanite, and corundum, if necessary. , the main components of the substrate are SiO 2 : 50 to 65 wt%, Al 2 O 3 : 30 to 45 wt%, alkali oxides 0.1 to 2 wt%, divalent metal oxides 0.1 to 10 wt%, and As a divalent metal oxide component, at least a CaO component is contained, CaO component segregation parts in which the CaO component is segregated are scattered in the base material, and as the base material, a fibrous material having an aspect ratio of 10 or more Sanitary ware characterized by using wollastonite is disclosed. This technology suppresses firing shrinkage and achieves both high strength and weight reduction, but it has not been able to achieve low water absorption.
特開2011-162376(特許文献9)には、少なくともムライト、石英、アノーサイトを主成分とする結晶相とSiO2、Al2O3を主成分とするガラス相からなる焼成体素地において、前記焼成体素地中にはアノーサイトに周りを取り囲まれた独立気孔が多数形成され、嵩密度が2.0~2.4g/cm3であることを特徴とする軽量陶器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-162376 (Patent Document 9) discloses a fired body consisting of a crystal phase containing at least mullite, quartz, and anorthite as main components and a glass phase containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components. It discloses a lightweight pottery characterized by having a large number of independent pores surrounded by anorthite in the fired body and having a bulk density of 2.0 to 2.4 g/cm3.
さらに特開2002-97068(特許文献10)、特開2002-114565(特許文献11)、特開2002-114566(特許文献12)にも曲げ強度を維持させつつ、製品重量も低めていた衛生陶器が開示されている。 Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-97068 (Patent Document 10), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-114565 (Patent Document 11), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-114566 (Patent Document 12) maintain the bending strength while reducing the product weight. is disclosed.
一方、衛生陶器用の釉薬としては、例えば、WO99/61392(特許文献13)に記載の釉薬が利用されている。 On the other hand, as a glaze for sanitary ware, for example, the glaze described in WO99/61392 (Patent Document 13) is used.
衛生陶器について、低吸水性を確保しつつ、強度を維持して製品重量を低くでき、焼成収縮と軟化変形を抑え、冷め割れに強い技術が依然として求められている。 For sanitary ware, there is still a demand for technology that can reduce product weight while maintaining strength while ensuring low water absorption, suppress firing shrinkage and softening deformation, and be resistant to cold cracking.
本発明は、低吸水性、軽量性、低焼成収縮性、低軟化変形性、高強度および耐冷め割れ性を兼ね備えうる衛生陶器を提供することをその目的としている。 An object of the present invention is to provide a sanitary ware that can combine low water absorption, light weight, low firing shrinkage, low softening deformation, high strength and resistance to cold cracking.
本発明者らは、今般、熔化素地質において、従来の知見では衛生陶器の組成としては適切とは言い難い組成により、低吸水性、軽量性、低焼成収縮性、低軟化変形性、高強度および耐冷め割れ性を兼ね備えうる衛生陶器が実現できるとの知見を得た。本発明は係る知見に基づくものである。 The inventors of the present invention have recently found that the fused material has low water absorption, light weight, low firing shrinkage, low softening deformation, and high strength due to the composition, which is difficult to say as an appropriate composition for sanitary ware according to conventional knowledge. It was found that a sanitary ware having both cold cracking resistance and cold cracking resistance can be realized. The present invention is based on such findings.
そして、本発明による衛生陶器は、
熔化素地質の陶器素地と釉薬層とを備え、前記素地の一部が釉薬層なしに外部に露出している衛生陶器であって、
前記素地が、
(A)アノーサイトと、
(B)アルカリ成分とを含有し、
ここで、前記アルカリ成分の量が酸化物(A2O)換算で、前記素地に対して5~10重量%であり、前記素地の閉気孔率が12~15容積%であることを特徴とするものである。
And the sanitary ware according to the present invention is
A sanitary ware comprising a fusible ceramic base and a glaze layer, wherein a part of the base is exposed to the outside without the glaze layer,
The base material is
(A) anorthite;
(B) containing an alkaline component,
Here, the amount of the alkali component is 5 to 10% by weight in terms of oxide (A 2 O) with respect to the base, and the closed porosity of the base is 12 to 15% by volume. It is something to do.
衛生陶器および素地
本明細書において「衛生陶器」とは、トイレ及び洗面器、またその周辺で用いられる陶器製品を意味し、具体的には大便器、小便器、タンク、目皿(サナ)、洗面器、手洗器などを意味する。本発明による衛生陶器は、その材質がJIS A5207:2019の「7.1 材料の種類」に記載された陶器であって、かつ、「7.2 陶器の品質」に記載された諸特性を満たすものであることが好ましい。
Sanitary ware and substrate In the present specification, "sanitary ware" means toilets, washbasins, and pottery products used around them, specifically, toilet bowls, urinals, tanks, perforated plates (sana), It means washbasin, washbasin, etc. The sanitary ware according to the present invention has the material described in JIS A5207:2019, "7.1 Types of materials", and satisfies the characteristics described in "7.2 Ceramic quality". It is preferable to be
本発明による衛生陶器は、その素地が基本的には熔化素地質の陶器素地とされる。本明細書において、用語「熔化素地質の陶器素地」とは、衛生陶器に関する当業界において理解されている通常の意味を有し、したがって、本発明による衛生陶器の素地としての「熔化素地質の陶器素地」は後記する本発明による特徴を備えることを除き、通常の意味に理解される。 The sanitary ware according to the present invention is basically a fused ceramic body. As used herein, the term "melting green earthenware body" has its normal meaning as understood in the art for sanitary ware, and thus the term "melting green earthenware substrate" as the substrate for sanitary ware according to the present invention. "Porcelain body" is to be understood in its ordinary sense, except that it comprises features according to the invention as described below.
本発明による衛生陶器における「熔化素地質の陶器素地」は、(A)アノーサイトと、(B)アルカリ成分とを含有し、このアルカリ成分の量は酸化物(A2O)換算で、素地に対して5~10重量%とされ、好適には、5~8重量%であり、より好適には5~7重量%である。ここで、アルカリ成分とはLi、NaおよびKが好ましいものとして挙げられ、したがってその酸化物とはLi2O、Na2O、K2Oである。 In the sanitary ware according to the present invention, the "dissolvable ceramic body" contains (A) anorthite and (B) an alkali component, and the amount of this alkali component is converted to oxide (A 2 O), and the base material is 5 to 10% by weight, preferably 5 to 8% by weight, more preferably 5 to 7% by weight. Here, the alkaline components are preferably Li, Na and K, and the oxides thereof are Li2O , Na2O and K2O .
本発明による衛生陶器の素地は、さらに、その閉気孔により特徴付けられる。本明細書において、「閉気孔」とは、素地内部に存在する外気とつながっていない気孔を意味し、本発明の好ましい態様にあっては、後記する「閉気孔率」の測定方法に従い得られる閉気孔率が12~15容積%とされる。 The sanitary ware body according to the invention is further characterized by its closed porosity. As used herein, the term “closed pores” means pores that are present inside the base material and are not connected to the outside air. The closed porosity is 12 to 15% by volume.
従来の知見によれば、衛生陶器のような大型の陶器製品において、アルカリ成分量が上記範囲にあることは、製品の強度および焼成中の変形等の点で不利であり、ふさわしくない量と通常は理解される。しかしながら、このような多量と考えられるアルカリ成分が(A)アノーサイトと共存された素地にあっては、低吸水性、低焼成収縮、低軟化変形を実現できる。さらに、気孔率を制御することにより高い強度と耐冷め割れ性をも兼ね備えることができ製品の軽量化も可能とした。 According to conventional knowledge, in large-sized ceramic products such as sanitary ware, the amount of alkaline component in the above range is disadvantageous in terms of product strength and deformation during firing. is understood. However, in the matrix in which such an alkali component, which is considered to be a large amount, coexists with (A) anorthite, low water absorption, low firing shrinkage, and low softening deformation can be realized. Furthermore, by controlling the porosity, it is possible to achieve both high strength and resistance to cold cracking, making it possible to reduce the weight of the product.
本発明の好ましい態様によれば、本発明による衛生陶器の素地は、その吸水率によっても特徴付けられる。本明細書において、後記する「吸水率」の測定方法に従い得られる吸水率は2%未満であることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the invention, the sanitary ware substrate according to the invention is also characterized by its water absorption. In the present specification, it is preferable that the water absorption obtained by the method for measuring "water absorption" described later is less than 2%.
本発明の好ましい態様によれば、本発明による衛生陶器の素地は、その耐冷め割れ性によっても特徴付けられる。本明細書において、後記する「耐冷め割れ性」の測定方法に従い得られる耐冷め割れ性は120℃以上であることが好ましい。本発明において、耐冷め割れ性の測定は窯出口での製品温度と外気温度という製品に対して最も熱負荷が生じる状況において、全製品で冷め割れを生じない温度を想定している。また、本明細書において後記する「耐熱衝撃性」は様々な使用環境下で繰り返し熱応力がかかることによる劣化により特定の温度で製品が破壊する確率を想定している。 According to a preferred embodiment of the invention, the sanitary ware body according to the invention is also characterized by its resistance to cold cracking. In the present specification, the cold cracking resistance obtained according to the measuring method of "cold cracking resistance" described later is preferably 120° C. or higher. In the present invention, the measurement of the resistance to cold cracking assumes the temperature at which cold cracking does not occur in all products under the condition that the product temperature at the exit of the kiln and the outside air temperature cause the most thermal load on the product. In addition, "thermal shock resistance", which will be described later in this specification, assumes the probability that a product will break at a specific temperature due to deterioration due to repeated thermal stress under various usage environments.
本発明において、低吸水性であり、かつ軽量化された低軟化変形性、低焼成収縮性、高強度、耐冷め割れ性を有する衛生陶器が実現される理由については定かではないが、以下の理論が考えられる。この理論はあくまで仮説であって、この理論により本発明が拘束されることはない。 In the present invention, it is not clear why sanitary ware having low water absorbency, low softening deformation, low firing shrinkage, high strength, and resistance to cold cracking can be achieved. theory is possible. This theory is only a hypothesis, and the present invention is not bound by this theory.
一つの理論として、素地において、900℃~1000℃でアノーサイトが生成するときに生じる気孔が最高焼成温度まで保持され、その後開気孔を閉塞させることができたとする以下の理論が考えらえる。 As one of the theories, the following theory is conceivable, in which the pores generated when anorthite is generated at 900° C. to 1000° C. in the matrix are maintained up to the maximum firing temperature, and then the open pores can be blocked.
カオリンを含む熔化質素地を昇温していくと、まず、カオリンの脱水反応でメタカオリンが生成する。素地原料として石灰石を配合しておくと、900~1000℃で、メタカオリンと石灰石が反応し、アノーサイト(CaAl2Si2O8)が生成する。
Al2O3・2SiO2 + CaCO3 → CaAl2Si2O8 + CO2・・・(1)
このときに、石灰石が消費される部分が気孔になり、気孔の周囲にアノーサイトが生成される。
When the temperature of the fused mass containing kaolin is increased, first, metakaolin is produced by the dehydration reaction of kaolin. When limestone is blended as a base material, metakaolin reacts with limestone at 900 to 1000° C. to form anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ).
Al2O3.2SiO2 + CaCO3- > CaAl2Si2O8 + CO2 ( 1 )
At this time, the portion where the limestone is consumed becomes pores, and anorthite is generated around the pores.
通常の衛生陶器素地の場合は、1000℃以上でメタカオリンが分解してムライトとSiO2ガラスが生成する。その分、閉気孔量が低減するとともに、最高温度におけるフラックス成分が増加してしまう可能性がある。
3(Al2O3・2SiO2) → 3Al2O3・2SiO2 + 4 SiO2・・・(2)
In the case of a normal sanitary ware base, metakaolin decomposes at 1000°C or higher to produce mullite and SiO2 glass. Accordingly, the amount of closed pores may decrease and the flux component at the maximum temperature may increase.
3 ( Al2O3.2SiO2 ) → 3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 ( 2 )
しかし、昇温中のより低い温度で生じるアノーサイト生成反応(反応式(1))で、メタカオリンを消費してしまうことで、反応式(2)は生じず、ムライトおよびSiO2ガラスは生成せず、かつ、アノーサイト生成反応で生じた気孔はそのまま残存しやすくなると思われる。 However, due to the consumption of metakaolin in the anorthite formation reaction (reaction formula (1)) that occurs at a lower temperature during the heating, reaction formula (2) does not occur and mullite and SiO2 glasses cannot be formed. It is thought that the pores generated by the anorthite formation reaction tend to remain as they are.
このようにして、熔化反応が生じる1100~1200℃の最高焼成温度までの気孔量が最大化され、熔化反応では、昇温中の増量を抑制した比較的少量のガラスの粘性を、高アルカリ成分にすることで低めて流動性を向上させて、確実に開気孔を閉塞させることができたものと考えられる。熔化反応で長石からガラスを生じた際に、長石の存在していた箇所に残された空間は周囲のアノーサイトにより固定されており、軟化したガラス中でも押しつぶされることなく残り続け外部に移動しないため焼成収縮を抑制できる。また、アノーサイトが骨格となり素地全体を支えているため流動性の高いガラスにおいても軟化変形の影響も受けにくい。この結果、開気孔が閉塞するとともに、多量の閉気孔も残存させることができ、優れた低吸水性、低軟化変形性、低焼成収縮性が実現されたものと考えられる。また、閉気孔が多いほど軽量化が可能であるが、閉気孔はクラックの起点となるため、素地に対する割合が多い場合には低強度化や冷め割れの発生の増加につながる。しかし、閉気孔率を制御することにより、軽量性かつ高強度、耐冷め割れ性も有した素地の実現を可能とした。 In this way, the pore volume is maximized up to the highest firing temperature of 1100-1200° C. where the melting reaction takes place, and the melting reaction reduces the viscosity of a relatively small amount of glass with reduced mass gain during heating to the high alkaline component. It is considered that the open pores could be reliably closed by lowering the viscosity and improving the fluidity. When glass is produced from feldspar in the melting reaction, the space left in the place where feldspar existed is fixed by the surrounding anorthite. Firing shrinkage can be suppressed. In addition, since the anorthite serves as a skeleton and supports the entire substrate, even glass with high fluidity is less susceptible to softening deformation. As a result, open pores can be blocked and a large number of closed pores can be left, and it is considered that excellent low water absorption, low softening deformation property and low firing shrinkage property were realized. In addition, the more closed pores, the more weight can be reduced, but since closed pores become the starting points of cracks, if the ratio of closed pores to the base material is large, it leads to a decrease in strength and an increase in the occurrence of cold cracks. However, by controlling the closed porosity, it is possible to realize a light weight, high strength, and cold crack resistant material.
アノーサイトの生成に寄与する原料として、石灰石の代わりに、ワラストナイトなどの、カルシウム(Ca)を含有する原料を使用することができる。本発明において、カルシウムを含有する原料は、石灰石、ワラストナイト、ドロマイト、およびアパタイトからなる群から選択される少なくとも1種であり、好ましくは、石灰石、ワラストナイトのいずれかまたは双方である。これらのカルシウムを含有する原料は、900~1000℃で、メタカオリン(Al2O3・2SiO2)と反応して、アノーサイトが生成する。 A raw material containing calcium (Ca), such as wollastonite, can be used instead of limestone as a raw material that contributes to the formation of anorthite. In the present invention, the raw material containing calcium is at least one selected from the group consisting of limestone, wollastonite, dolomite, and apatite, preferably limestone, wollastonite, or both. These calcium-containing raw materials react with metakaolin (Al 2 O 3 .2SiO 2 ) at 900 to 1000° C. to form anorthite.
カルシウムを含有する原料としてワラストナイトを使用した場合、アノーサイトは次式(反応式(3))の反応によって生成すると考えられる。
Al2O3・2SiO2 + CaSiO3 → CaAl2Si2O8 +SiO2 ・・・(3)
アノーサイト生成の反応式(3)の反応においては、CO2ガスを生成しないため、気孔の増加を伴わず、焼成過程での密度変化は小さい。また、反応式(3)の反応においては、余剰のSiO2ガラスが生成するため、この余剰のSiO2ガラスがその後の熔化反応で生成されるガラスとともに、開気孔を閉塞させることに寄与する。すなわち、カルシウムを含有する原料としてワラストナイトを使用した場合、石灰石を使用した場合と比べて、焼成後の素地は、閉気孔量は小さくなるが、焼成に伴う変形を小さくすることが可能となる点で有利である。
When wollastonite is used as a raw material containing calcium, anorthite is thought to be produced by the reaction of the following formula (reaction formula (3)).
Al2O3.2SiO2 + CaSiO3- > CaAl2Si2O8 + SiO2 ( 3 )
In the reaction of reaction formula (3) for anorthite formation, since CO 2 gas is not generated, there is no increase in pores, and the density change during the firing process is small. In addition, since surplus SiO 2 glass is produced in the reaction of reaction formula (3), this surplus SiO 2 glass, together with the glass produced in the subsequent melting reaction, contributes to clogging the open pores. That is, when wollastonite is used as a raw material containing calcium, the amount of closed pores in the fired body is smaller than when limestone is used, but the deformation accompanying firing can be reduced. It is advantageous in many respects.
本発明の好ましい態様によれば、アノーサイトの素地における量は10~45重量%が好ましく、より好ましくは10~31重量%であり、さらに好ましくは10~25重量%である。アノーサイトの量は、粉末解析法により得たX線回折パターンに対してリートベルト解析を行い、決定したスケール係数から各結晶相の存在量を推定することにより、求められる。詳細なアノーサイトの定量方法は、後述の実施例に記載されたとおりである。 According to a preferred embodiment of the present invention, the amount of anorthite in the matrix is preferably 10-45% by weight, more preferably 10-31% by weight, even more preferably 10-25% by weight. The amount of anorthite can be obtained by performing Rietveld analysis on the X-ray diffraction pattern obtained by the powder analysis method and estimating the abundance of each crystal phase from the determined scale factor. A detailed method for quantifying anorthite is as described in Examples below.
本発明の好ましい態様によれば、アルカリ成分の酸化物換算量は、素地に対して、5~10重量%であり、より好ましくは5~9重量%であり、さらに好ましくは5~8重量%である。また、閉気孔率は、より好ましい範囲は12~15容積%である。また、吸水率は好ましくは1%未満である。 According to a preferred embodiment of the present invention, the amount of the alkaline component in terms of oxide is 5 to 10% by weight, more preferably 5 to 9% by weight, and still more preferably 5 to 8% by weight, relative to the substrate. is. Further, the closed porosity is more preferably in the range of 12 to 15% by volume. Also, the water absorption is preferably less than 1%.
また、本発明の好ましい態様によれば、衛生陶器素地はカルシウムを、酸化物(CaO)換算で、3~10重量%含有し、好ましくは3~9重量%含有し、より好ましくは3~7重量%含有する。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the sanitary ware base contains 3 to 10% by weight, preferably 3 to 9% by weight, more preferably 3 to 7% by weight of calcium in terms of oxide (CaO). % by weight.
(C)成分:骨材
本発明による衛生陶器素地は、その強度の観点から骨材成分を含有していてもよい。骨材成分としては、通常、熔化素地質の陶器素地に添加される、焼成時に反応せず、焼成時の収縮や軟化変形を抑制するまたは焼成体の強度に影響を与える成分を利用できる。
(C) Component: Aggregate The sanitary ware base material according to the present invention may contain an aggregate component from the viewpoint of its strength. As the aggregate component, it is possible to use a component that is usually added to a fused ceramic body, does not react during firing, suppresses shrinkage or softening deformation during firing, or affects the strength of the fired body.
本発明の好ましい態様によれば、骨材成分、すなわち(C)成分として、コランダム、シャモット、クオーツ、中空シリカ、中空アルミナ、ジルコニア、ジルコン、コージエライト、ムライトからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the aggregate component, that is, component (C), contains at least one selected from the group consisting of corundum, chamotte, quartz, hollow silica, hollow alumina, zirconia, zircon, cordierite, and mullite. preferably.
本発明にあっては、これら骨材成分を用いることで、以下のような利点が得られることが予想される。すなわち、上記のように、アノーサイト生成反応(反応式(1))でメタカオリンを消費させ、比較的多量にアノーサイトを生成させた場合、その反応温度域では、大きな収縮が生じる可能性がある。この収縮が生じると釉薬とのマッチングを損ねてしまう。ここで上記骨材は、上記反応式(1)に関与せず、かつ、熔化反応でフラックス成分を増加させにくい材料であることが見出された。したがって、これら骨材の利用は、低吸水性および軽量化の観点から有利である。さらに、本発明の好ましい態様によれば、これら骨材成分を用いることで、耐熱衝撃性に優れた衛生陶器を得ることができる。 In the present invention, the following advantages are expected to be obtained by using these aggregate components. That is, as described above, when metakaolin is consumed in the anorthite production reaction (reaction formula (1)) and a relatively large amount of anorthite is produced, there is a possibility that a large amount of shrinkage will occur in that reaction temperature range. . If this shrinkage occurs, it will spoil the matching with the glaze. Here, it was found that the above aggregate is a material that does not participate in the above reaction formula (1) and does not easily increase the flux component in the melting reaction. Therefore, the use of these aggregates is advantageous from the viewpoint of low water absorption and weight reduction. Furthermore, according to a preferred embodiment of the present invention, sanitary ware with excellent thermal shock resistance can be obtained by using these aggregate components.
本発明において、骨材成分は、衛生陶器の研摩面を走査型電子顕微鏡(SEM)の反射電子像、およびエネルギー分散型X線分析(EDX)の元素マッピングから、形状と成分を同定することができる。 In the present invention, the shape and components of the aggregate component can be identified from the backscattered electron image of the polished surface of the sanitary ware by a scanning electron microscope (SEM) and the elemental mapping by energy dispersive X-ray analysis (EDX). can.
衛生陶器素地の原料および組成
衛生陶器素地となる原料は、組成を勘案して従来知られた原料から調製することができる。具体的には、珪砂・長石・石灰石・ワラストナイト・粘土・アルミナ・シャモットなど用いることができる。本発明による衛生陶器の素地の組成は、好ましくは下記であり、陶器素地原料を下記の組成となるように配合する。
SiO2 40~65重量部
Al2O3 20~50重量部
CaO 3~10重量部
MgO 0.1~1重量部
K2O 3~6重量部
Na2O 0.5~5重量部
Li2O 0~2重量部
Raw material and composition of sanitary ware base The raw material for the sanitary ware base can be prepared from conventionally known raw materials in consideration of the composition. Specifically, silica sand, feldspar, limestone, wollastonite, clay, alumina, chamotte, and the like can be used. The composition of the base material of the sanitary ware according to the present invention is preferably as follows, and the raw materials for the base material are blended so as to have the following composition.
SiO 2 40-65 parts by weight Al 2 O 3 20-50 parts by weight CaO 3-10 parts by weight MgO 0.1-1 parts by weight K 2 O 3-6 parts by weight Na 2 O 0.5-5 parts by weight Li 2 O 0 to 2 parts by weight
釉薬層
本発明による衛生陶器の釉薬層は限定されないが、本発明の好ましい態様によれば、釉薬層の組成は、酸化物に換算して以下に示される組成を備えるものが好ましい。
SiO2 55~80重量部
Al2O3 5~13重量部
Fe2O3 0.1~0.4重量部
CaO 8~17重量部
MgO 0.8~3.0重量部
ZnO 3~8重量部
K2O 1~4重量部
Na2O 0.5~2.5重量部
ZrO2 0~15重量部
顔料 0~20重量部
Glaze layer Although the glaze layer of the sanitary ware according to the present invention is not limited, according to a preferred embodiment of the present invention, the composition of the glaze layer is preferably the composition shown below in terms of oxide.
SiO 2 55-80 parts by weight Al 2 O 3 5-13 parts by weight Fe 2 O 3 0.1-0.4 parts by weight CaO 8-17 parts by weight MgO 0.8-3.0 parts by weight ZnO 3-8 parts by weight Part K 2 O 1-4 parts by weight Na 2 O 0.5-2.5 parts by weight ZrO 2 0-15 parts by weight Pigment 0-20 parts by weight
釉薬層の原料は、組成を勘案して従来知られた原料から調製することができる。例えば、珪砂・長石・石灰石・ドロマイト・アルミナ・亜鉛華・ジルコンなどが挙げられる。 The raw material for the glaze layer can be prepared from conventionally known raw materials in consideration of the composition. Examples include silica sand, feldspar, limestone, dolomite, alumina, zinc white, and zircon.
本発明の好ましい態様によれば、衛生陶器素地と釉薬層は、焼成後において、素地と釉薬層が互いに変形量において大きな相違がなく、衛生陶器の形状または表面の状態に悪影響を及ぼさない組み合わせであることが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the sanitary ware base material and the glaze layer are combined so that there is no significant difference in deformation between the base material and the glaze layer after firing, and the shape or surface condition of the sanitary ware is not adversely affected. Preferably.
この好ましい組み合せは、例えば、後記する実施例における釉薬とのマッチングは変形量で5mm以内である。また、本発明の別の態様によれば、素地の線膨張係数が釉薬の線膨張係数よりも5×10-7/K~10×10-7/K程度高いものであることが好ましい。 In this preferable combination, for example, the amount of deformation is within 5 mm in matching with the glaze in the examples described later. Further, according to another aspect of the present invention, it is preferable that the coefficient of linear expansion of the substrate is higher than that of the glaze by about 5×10 −7 /K to 10×10 −7 /K.
衛生陶器の製造
本発明による衛生陶器は、上記した素地原料から調製した泥漿を、石膏等の型で鋳込み成形体を得て、これを乾燥した後、施釉し、焼成して得ることができる。本発明にあっては、上記したとおり、アノーサイトが生成するときに生じる気孔が最高焼成温度まで保持され、その後開気孔を閉塞させ素地中に特定量の閉気孔を残存させることにより良好な低吸水性、低焼成収縮性、低軟化変形性、高強度、耐冷め割れ性、そして軽量化が実現できることから、これら反応および現象が確実に生じるようその焼成条件を定めることが好ましい。本発明の一つの態様によれば、焼成は毎時200℃程度の昇温で、最高温度1180~1200℃において2時間保持して行うことが好ましい。
Manufacture of sanitary ware The sanitary ware according to the present invention can be obtained by casting the slurry prepared from the base material described above in a mold such as gypsum, drying it, glazing it, and firing it. In the present invention, as described above, the pores generated when the anorthite is generated are maintained up to the maximum firing temperature, and then the open pores are closed to leave a specific amount of closed pores in the base material, resulting in good low temperature. Since water absorption, low firing shrinkage, low softening deformation, high strength, resistance to cold cracking, and weight reduction can be achieved, it is preferable to determine the firing conditions so that these reactions and phenomena occur reliably. According to one aspect of the present invention, the firing is preferably carried out by increasing the temperature by about 200° C. per hour and maintaining the temperature at a maximum temperature of 1180 to 1200° C. for 2 hours.
本発明において定義される「吸水率」、「閉気孔率」、「焼成収縮率」、「軟化変形量」、「曲げ強度」および「耐冷め割れ性」の測定方法は以下のとおりである。 The measurement methods of "water absorption", "closed porosity", "sintering shrinkage", "softening deformation", "flexural strength" and "cold crack resistance" defined in the present invention are as follows.
吸水率
測定サンプルとして、7mm×8mm×70mmに成形または切り出した焼成体を用意する。このサンプルを110℃で24時間、乾燥させ、サンプル重量を測定して、これを乾燥重量とする。その後、サンプルを容器に入れ、真空ポンプにて20分間脱気する。真空を保った状態で蒸留水をサンプルの入った容器へ注入し、さらに60分間脱気する。大気開放し、サンプルを水につけ、引き上げサンプル表面の水を布等で取り除き、重量を測定する。これを吸水時の重量とする。吸水率を以下の計算式[数1]で算出する。
As a water absorption measurement sample, a sintered body molded or cut into a size of 7 mm×8 mm×70 mm is prepared. The sample is dried at 110° C. for 24 hours, and the sample weight is measured and taken as the dry weight. After that, the sample is placed in a container and deaerated for 20 minutes with a vacuum pump. Distilled water is poured into the container containing the sample while maintaining vacuum, and the sample is further degassed for 60 minutes. Open to the atmosphere, immerse the sample in water, remove the water on the sample surface with a cloth, etc., and measure the weight. Let this be the weight at the time of water absorption. The water absorption is calculated by the following formula [Equation 1].
閉気孔率
上記吸水率を得るため得られた数値から、見掛密度を以下の式[数2]で求める。
Apparent density is obtained by the following formula [Formula 2] from the numerical values obtained for obtaining the closed porosity and water absorption.
さらに、「真密度」を以下のとおり測定した。すなわち、素地焼成体を、閉気孔を含まない程度まで粉砕し、その粉体の密度を、水を溶媒とし比重瓶を使用して測定した。これを素地の「真密度」とした. Furthermore, the "true density" was measured as follows. That is, the fired body was pulverized to the extent that closed pores were not included, and the density of the powder was measured using water as a solvent and a pycnometer. This was taken as the “true density” of the substrate.
以上得られた見掛密度および真密度から、閉気孔率は下記の式[数3]で定義される。 From the apparent density and true density obtained above, the closed porosity is defined by the following formula [Equation 3].
焼成収縮率
焼成前の素地を7mm×8mm×70mmに切り出して、成形体サンプルを用意した。この成形体サンプルの、中央部の長さを測定した。次にこのサンプルを焼成し、焼成後のサンプルの、中央部の長さを測定した。収縮量の差分から収縮率を算出した。
Firing Shrinkage Ratio A green body sample was prepared by cutting out a 7 mm×8 mm×70 mm size from the base material before firing. The length of the central portion of this molded body sample was measured. Next, this sample was fired, and the length of the central portion of the sample after firing was measured. The shrinkage ratio was calculated from the difference in the amount of shrinkage.
軟化変形量
幅30mm、厚み10mm、長さ250mmの成形体のテストピースを、スパン200mmで保持した状態にて焼成し、焼成後のテストピース中央部の垂れ下がり量を測定し軟化変形の測定値とした。軟化変形の大きさは厚さの二乗に反比例するため10mmの厚さに換算した値を軟化変形量の値とした。
Amount of Softening Deformation A molded test piece with a width of 30 mm, a thickness of 10 mm, and a length of 250 mm is fired while being held at a span of 200 mm, and the amount of sagging at the center of the test piece after firing is measured. bottom. Since the magnitude of softening deformation is inversely proportional to the square of the thickness, the value converted to a thickness of 10 mm was used as the softening deformation amount.
曲げ強度
JIS A1509-4:2014に準じて曲げ強度を測定した。具体的には以下のとおりである。直方体サンプルとして、7mm×8mm×70mmに成形または切り出した焼成体を用意した。このサンプルの3点曲げ強度を測定した。測定条件は、スパン50mm、クロスヘッドスピード0.5mm/minとした。
Bending strength Bending strength was measured according to JIS A1509-4:2014. Specifically, it is as follows. As a rectangular parallelepiped sample, a sintered body molded or cut into a size of 7 mm×8 mm×70 mm was prepared. The 3-point bending strength of this sample was measured. The measurement conditions were a span of 50 mm and a crosshead speed of 0.5 mm/min.
丸棒サンプルとして直径14mm×150mmの焼成体を用意した。このサンプルの3点曲げ強度を測定した。測定条件は、スパン100mm、クロスヘッドスピード2.5mm/minとした。 A sintered body with a diameter of 14 mm×150 mm was prepared as a round bar sample. The 3-point bending strength of this sample was measured. The measurement conditions were a span of 100 mm and a crosshead speed of 2.5 mm/min.
耐冷め割れ性
幅25mm厚み10mm長さ110mmの焼成体をテストピースとした。テストピースを所定温度に加熱し、その温度で1時間以上保持した後、水中に投入して急冷しクラックの発生をインクチェックにより確認した。急冷の温度差(加熱する所定温度と水の温度との差)を徐々に大きくし、テストピースにクラックが発生するまでこの操作を繰り返した。テストピースN数のうち1つ目にクラックが発生した急冷の温度差を、試験素地の耐冷め割れ性とした。
A sintered body having a width of 25 mm, a thickness of 10 mm and a length of 110 mm was used as a test piece. The test piece was heated to a predetermined temperature, held at that temperature for 1 hour or more, then immersed in water and rapidly cooled, and the occurrence of cracks was confirmed by an ink check. The rapid cooling temperature difference (difference between the predetermined heating temperature and the water temperature) was gradually increased, and this operation was repeated until cracks occurred in the test piece. The temperature difference in rapid cooling at which the first crack was generated among the test pieces N was defined as the resistance to cold cracking of the test base.
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail by the following examples, but the invention is not limited to these examples.
衛生陶器の製造
原料
下記の表1に記載の原料を用意し、これらから表2に記載の組み合わせによって、表3に記載の組成となるよう混合し、必要に応じてボールミル等にて粉砕し衛生陶器素地原料とした。
Manufacture of sanitary ware
Raw Materials The raw materials listed in Table 1 below are prepared, and these are mixed in the combinations listed in Table 2 so that the compositions listed in Table 3 are obtained. bottom.
表中、素地組成は、焼成した素地を粉砕し、蛍光X線分析装置(XRF)にてガラスビード法により測定した。ただし、素地組成中Li2O量については、使用した原料(ペタライト)中のLi2O量と配合量からの計算値を示した。 In the table, the composition of the base material was measured by pulverizing the fired base material and using a fluorescent X-ray spectrometer (XRF) by the glass bead method. However, the amount of Li 2 O in the base composition is a calculated value from the amount of Li 2 O in the raw material (petalite) used and the compounding amount.
釉薬として、以下の組成のものを用意し、上記衛生陶器素地に施釉し、表2に示される焼成温度を最高温度として焼成した。 A glaze having the following composition was prepared, applied to the sanitary ware base, and fired at the maximum firing temperature shown in Table 2.
SiO2 56.8重量部
Al2O3 8.3重量部
Fe2O3 0.1重量部
CaO 10.1重量部
MgO 1.1重量部
ZnO 5.1重量部
K2O 1.9重量部
Na2O 1.4重量部
ZrO2 5.6重量部
顔料 0.01重量部
SiO2 56.8 parts by weight Al2O3 8.3 parts by weight Fe2O3 0.1 parts by weight CaO 10.1 parts by weight MgO 1.1 parts by weight ZnO 5.1 parts by weight K2O 1.9 parts by weight parts Na 2 O 1.4 parts by weight ZrO 2 5.6 parts by weight Pigment 0.01 parts by weight
焼成して得られた衛生陶器の諸物性は下記表4に記載のとおりであった。 Various physical properties of the sanitary ware obtained by firing were as shown in Table 4 below.
表中、アルカリ金属酸化物総量は表3素地組成中の、Li2O、Na2O、K2O成分の合計量を示す。 In the table, the total amount of alkali metal oxides indicates the total amount of Li 2 O, Na 2 O and K 2 O components in Table 3.
また、含有鉱物の同定は、焼成した素地を粉砕し、その粉砕紛をディスク状にプレス成形したものを測定試料として、X線回折装置(XRD)による定性分析により行った。 The minerals contained were identified by qualitative analysis using an X-ray diffractometer (XRD) using a measurement sample obtained by pulverizing the fired base material and press-molding the pulverized powder into a disk shape.
アノーサイト定量
アノーサイトの量は、粉末解析法により得たX線回折パターンに対してリートベルト解析を行い、決定したスケール係数から各結晶相の存在量を推定することにより求めた。具体的には、以下の手順による。
Quantification of Anorthite The amount of anorthite was obtained by performing Rietveld analysis on the X-ray diffraction pattern obtained by the powder analysis method and estimating the abundance of each crystal phase from the determined scale factor. Specifically, the procedure is as follows.
前処理として、得られた素地を平均粒子径が10μm以下となるまで粉砕して粉末を得た。本例においては、タングステンカーバイド(WC)製の乳鉢および乳棒を用いた。なお、粉砕方法に制限はなく、一般的なボールミルや乳鉢などの粉砕用道具を使用してもよい。 As a pretreatment, the obtained base material was pulverized to an average particle size of 10 μm or less to obtain a powder. In this example, a tungsten carbide (WC) mortar and pestle were used. There is no limitation on the grinding method, and a general grinding tool such as a ball mill or mortar may be used.
平均粒子径は以下の手順で測定した。
Malvern Panalytical社製の超音波式分散装置HYDRO LVを使用して、素地の粉末の水分散体を調製した。分散条件は以下に示すとおりとした。
・分散剤:なし
・周波数:40kHz
・照射時間:15秒
・測定開始までの休止時間:10秒
・ポンプ速度:3500rpm
The average particle size was measured by the following procedure.
An aqueous dispersion of the base powder was prepared using a Malvern Panalytical ultrasonic disperser HYDRO LV. The dispersion conditions were as shown below.
・Dispersant: None ・Frequency: 40kHz
・Irradiation time: 15 seconds ・Pause time before measurement: 10 seconds ・Pump speed: 3500 rpm
得られた水分散体を使用して、前記の平均粒子径を計測した。計測には、Malvern Panalytical社製 MASTERSIZER3000レーザー回折式粒子測定装置およびソフトウエアMASTERSIZER ver3.72を使用し、Mie理論に基づくレーザー回析・散乱法により、体積平均値を求めた。分散媒体の屈折率は1.33とした。 Using the obtained aqueous dispersion, the average particle size was measured. For the measurement, a MASTERSIZER3000 laser diffraction particle measuring device manufactured by Malvern Panalytical and software MASTERSIZER ver3.72 were used, and the volume average value was determined by a laser diffraction/scattering method based on Mie theory. The refractive index of the dispersion medium was set to 1.33.
次いで、前記粉末を使用してX線回折パターンを取得した。X線回折パターンは、Malvern Panalytical社製のX’Pertを用い、X線源CuKα線(波長 λ=0.15406nm)、回折角(2θ)10~60°、サンプリング幅0.02°の条件により取得された。得られた結晶相のX線回折ピークが大きいほど、定量の精度が高くなるとされているため、X線回折ピークの中で最も高いピークの強度が1万カウント以上となるように測定した。得られたX線回折ピークをソフトウエアHigh Score Plus (ver. 4.9)を用いて解析した。 An X-ray diffraction pattern was then obtained using the powder. The X-ray diffraction pattern was obtained using X'Pert manufactured by Malvern Panalytical under the conditions of X-ray source CuKα ray (wavelength λ = 0.15406 nm), diffraction angle (2θ) 10 to 60°, and sampling width 0.02°. was done. Since it is said that the larger the X-ray diffraction peak of the obtained crystal phase, the higher the accuracy of quantification, the intensity of the highest peak among the X-ray diffraction peaks was measured to be 10,000 counts or more. The obtained X-ray diffraction peaks were analyzed using software High Score Plus (ver. 4.9).
素地中に含有する結晶相は、前記条件にて取得したX線回折パターンを、ICDD(International Centre for Diffraction Data)のPDF(Powder Diffraction File)データと比較し、一致する結晶相を選定することによって同定した。 The crystal phase contained in the base is determined by comparing the X-ray diffraction pattern obtained under the above conditions with the PDF (Powder Diffraction File) data of the ICDD (International Center for Diffraction Data) and selecting the matching crystal phase. identified.
同定された結晶相について、リートベルト解析を外部標準法によって行った。外部標準試料として用いる物質は、純度99.99%以上のAl2O3を使用した。この外部標準試料から前記粉末と同一測定条件でX線回折パターンを取得し、COD(Crystallography Open Database)ファイルに従って、得られたX線回折の面積と比較して、その存在量(重量%)を算出し、これを基準とした。 For the identified crystalline phases, Rietveld analysis was performed by the external standard method. Al 2 O 3 with a purity of 99.99% or higher was used as an external standard sample. An X-ray diffraction pattern is obtained from this external standard sample under the same measurement conditions as the powder, and its abundance (% by weight) is compared with the area of the obtained X-ray diffraction according to the COD (Crystallography Open Database) file. calculated and used as a reference.
続いて、実施例および比較例の各素地について、X線回折データを取得し、同定された結晶相のみの回折パターンについて、各結晶相に対応したCODファイルを参照し、定量評価を行った。得られた各結晶相の総量(重量%)は100%に満たないため、100%から各結晶相の総量を減じた量をガラス相(非晶相)の定量値(重量%)とした。 Subsequently, X-ray diffraction data was obtained for each substrate of Examples and Comparative Examples, and the diffraction pattern of only the identified crystal phase was quantitatively evaluated with reference to the COD file corresponding to each crystal phase. Since the total amount (% by weight) of each crystal phase obtained was less than 100%, the amount obtained by subtracting the total amount of each crystal phase from 100% was taken as the quantitative value (% by weight) of the glass phase (amorphous phase).
バックグランドの処理、Kα2やKβによる回折ピークやスムージングなどの定量化に必要なX線回折パターンの処理などは、“HighScore Plus”ソフトによって実施した。 "HighScore Plus" software was used to process background, X-ray diffraction patterns required for quantification of diffraction peaks by Kα2 and Kβ, and smoothing.
また、表中の「吸水率」および「閉気孔率」、「焼成収縮率」、「軟化変形量」、「曲げ強度」は上述の測定方法のとおり測定し、さらに「嵩密度」、「釉薬とのマッチング」、「耐熱衝撃性」の測定は、以下のとおりとした。 In addition, the "water absorption", "closed porosity", "firing shrinkage", "softening deformation", and "bending strength" in the table were measured according to the above-described measurement methods, and furthermore, "bulk density", "glaze "matching with" and "thermal shock resistance" were measured as follows.
嵩密度
JIS R1634:1988 ファインセラミックスの焼結体密度・開気孔率の測定方法に準じて測定した。
Bulk Density JIS R1634: 1988 Measured according to the method for measuring sintered body density and open porosity of fine ceramics.
釉薬とのマッチング
まず、衛生陶器素地原料を成形し、20mm×8mm×150mmのテストピースを用意した。この試験片の一面に、釉薬を0.6~0.7mmの厚さで施釉し、厚み8mm×長さ150mm面(側面)を下にし、焼成した。焼成後、未施釉面側の中央部の反りを、長さ方向を基準とし計測し、その反り量を変形量とした。
Matching with Glaze First, a raw material for sanitary ware was molded to prepare a test piece of 20 mm×8 mm×150 mm. A glaze of 0.6 to 0.7 mm thick was applied to one surface of the test piece, and the test piece was fired with the 8 mm thick×150 mm long surface (side surface) facing downward. After firing, the warp at the center of the unglazed side was measured with reference to the length direction, and the amount of warp was defined as the amount of deformation.
耐熱衝撃性
幅25mm厚み10mm長さ110mmの焼成体をテストピースとした。テストピースを所定温度に加熱し、その温度で1時間以上保持した後、水中に投入して急冷しクラックの発生をインクチェックにより確認した。急冷の温度差(加熱する所定温度と水の温度との差)を徐々に大きくし、テストピースにクラックが発生するまでこの操作を繰り返した。テストピースのN数の50%にクラックが発生する急冷の温度差を、試験素地の耐熱衝撃性とした。
A sintered body having a width of 25 mm, a thickness of 10 mm and a length of 110 mm was used as a test piece. The test piece was heated to a predetermined temperature, held at that temperature for 1 hour or more, then immersed in water and rapidly cooled, and the occurrence of cracks was confirmed by an ink check. The rapid cooling temperature difference (difference between the predetermined heating temperature and the water temperature) was gradually increased, and this operation was repeated until cracks occurred in the test piece. The thermal shock resistance of the test base was defined as the rapid cooling temperature difference at which cracks occurred at 50% of the N number of the test piece.
Claims (7)
前記素地が、
(A)アノーサイトと、
(B)アルカリ成分とを含有し、
ここで、前記アルカリ成分の量が酸化物(A2O)換算で、前記素地に対して5~10重量%であり、前記素地の閉気孔率が12~15容積%であることを特徴とする、衛生陶器。 A sanitary ware comprising a fusible ceramic base and a glaze layer, wherein a part of the base is exposed to the outside without the glaze layer,
The base material is
(A) anorthite;
(B) containing an alkaline component,
Here, the amount of the alkali component is 5 to 10% by weight in terms of oxide (A 2 O) with respect to the base, and the closed porosity of the base is 12 to 15% by volume. Sanitary ware.
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