JP2024018793A - 釉薬、セラミック製造方法及びセラミック - Google Patents
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Abstract
【課題】セラミックの硬度、抗菌性及び防汚性を向上させるのに有利な釉薬及びそのような釉薬を用いたセラミックに関連する技術を提供する。【解決手段】釉薬は、ガラス粉末、灰、二酸化チタン、ホウ砂、カオリン、ボーンチャイナ粉末、酸化スズ、シリカゲル粉末、ケイ酸ジルコニウム、リモナイト、ジメチルアニリン、ナノ酸化亜鉛、炭酸バリウム及び酸化コバルト（ＩＩＩ）を主成分として含む。【選択図】図１
Description
本開示は、釉薬及びセラミックに関連する技術分野に関する。
陶磁器などのセラミック（窯業製品）は、一般に、粘土や珪石等の無機物を原料として作られた器等の成形体を、高温で焼き固めることで作られる。特に、陶器や磁器を製作する場合、成形体は、表面に釉薬が塗りつけられた状態で焼成されるのが通常である。
釉薬は、焼成処理時にガラス質に変化したり、熱による化学変化を起こして特有の色味を帯びたりする。そのため釉薬は、セラミックに対し、質感や色味などの特有のデザイン（装飾）を付与するとともに、ガラスコーティングなどに基づく特有の機能を付与する。
例えば特許文献１に開示される陶磁器は、油落ち性及び機能維持性を向上させるための釉薬層を有する。
釉薬によってセラミックに付与されるデザイン及び機能は、釉薬の含有成分に応じて変わる。特に、良好な相性を持つ２以上の成分の組み合わせを含有する釉薬を使用することによって、新たなデザイン性及び機能性をセラミックに付与することが可能である。したがって、従来組み合わせられることのなかった２以上の成分を適量含有する釉薬を新たに提案することは有益である。
特に近年の衛生意識の高まりを背景に、従来から要求されている硬度や耐水性などの特性に加え、抗菌性などの衛生機能や汚れの付着を抑える防汚性を向上させるのに有利な釉薬（特にセラミックのデザイン性も向上させうる釉薬）が新たに提案されることは非常に有益である。
本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、セラミックの硬度、抗菌性及び防汚性を向上させるのに有利な釉薬と、そのような釉薬を用いて作られたセラミックに関連する技術を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、ガラス粉末、灰、二酸化チタン、ホウ砂、カオリン、ボーンチャイナ粉末、酸化スズ、シリカゲル粉末、ケイ酸ジルコニウム、リモナイト、ジメチルアニリン、ナノ酸化亜鉛、炭酸バリウム及び酸化コバルト（ＩＩＩ）を主成分として含む釉薬に関する。
ガラス粉末、灰、及び二酸化チタンの重量比は、４～６：３～５：２であってもよい。
上記の釉薬は、以下に示す重量比の成分を含んでもよい：
・ ガラス粉末： ４～６、
・ 灰： ３～５、
・ 二酸化チタン： ２、
・ ホウ砂： ６～８、
・ カオリン： ８～１０、
・ ボーンチャイナ粉末： ３～５、
・ 酸化スズ： ２～４、
・ シリカゲル粉末： ２～４、
・ ケイ酸ジルコニウム： ３～５、
・ リモナイト： ４～６、
・ ジメチルアニリン： １～３、
・ ナノ酸化亜鉛： ２～４、
・ 炭酸バリウム： ３～５、及び
・ 酸化コバルト（ＩＩＩ）：１～３。
・ ガラス粉末： ４～６、
・ 灰： ３～５、
・ 二酸化チタン： ２、
・ ホウ砂： ６～８、
・ カオリン： ８～１０、
・ ボーンチャイナ粉末： ３～５、
・ 酸化スズ： ２～４、
・ シリカゲル粉末： ２～４、
・ ケイ酸ジルコニウム： ３～５、
・ リモナイト： ４～６、
・ ジメチルアニリン： １～３、
・ ナノ酸化亜鉛： ２～４、
・ 炭酸バリウム： ３～５、及び
・ 酸化コバルト（ＩＩＩ）：１～３。
本開示の他の態様は、上記のいずれかの釉薬を成形体に付与する工程と、釉薬が付与されている成形体を焼成する工程と、焼成後の成形体を急速に冷却する工程と、を含むセラミック製造方法に関する。
本開示の他の態様は、上記のいずれかの釉薬が用いられたセラミックに関する。
本開示によれば、セラミックの硬度、抗菌性及び防汚性を向上させるのに有利である。
本件発明者は、様々な試行錯誤を重ねた結果、釉薬が、ガラス粉末、藁の灰、及び二酸化チタンを主成分として含む場合（特にガラス粉末及び二酸化チタンを主成分として含む場合）、セラミックの硬度及びセラミックの抗菌性を向上させるのに有利であることを新たに見出した。
すなわち本件発明者は、含有成分の種類及び含有成分の量（重量）が異なる複数の釉薬を実際に準備し、これらの釉薬を使ってセラミック製品を実際に製作し、個々のセラミック製品のデザイン性及び機能性の評価を行った。
評価に用いたセラミック製品は、陶磁器の原料として用いられる粘土を含む成形体を準備し、当該成形体の表面に対して準備していた各釉薬を付与し、釉薬が付与されている成形体を窯で高温に加熱して焼成することで、作られた。
具体的には、釉薬が付与されていない状態で成形体が焼かれ（素焼き工程）、当該素焼き工程を経た成形体に対して釉薬が付与され（釉薬付与工程）、釉薬が付与された状態で成形体が焼かれる（焼成工程）ことで、セラミック製品が作られた。素焼き工程後には、超音波を使って成形体がクリーニングされ、その後に釉薬付与工程が行われた。
個々のセラミック製品のデザイン性は、評価者（特に過去に様々なセラミック製品の評価を経験している評価経験者）の感覚に基づく官能評価によって、評価された。
個々のセラミック製品の機能性は、セラミック製品を使った様々な試験が行われて、当該試験の結果に基づいて評価された。一例として、セラミック製品に局所的な外力を加えた結果、傷等の損傷がセラミック製品に生じたか否かを観察することで、セラミック製品の硬度（耐傷性）を評価した。より具体的には、１０Ｎ程度の力で刃物をセラミック製品（特に釉薬加工部分）に押し当てつつ、当該刃物を所定幅で複数回（例えば１０ｍｍ程度の距離を４回程度）、セラミック製品表面上で往復させた後、セラミック製品上の傷跡を観察することで、セラミック製品の硬度を評価した。また試験菌液が付与されたセラミック製品を菌培養環境下に所定時間置いた後、生菌数を実際の観察に基づいて推定（算出）することで、セラミック製品の抗菌性を評価した。セラミック製品の評価は、必ずしもセラミック製品の完成品の全体が用いられて行われておらず、セラミック製品の一部（例えば細かく砕かれた一部（破片など））を用いた評価も行われた。
本件発明者は、セラミック製品の更なる機能性評価として、セラミック製品の熱安定性評価、鉛・カドミウム含有量評価、電子レンジ使用可能性評価、及びオーブン使用可能性評価も行った。
上述の製造方法及び評価方法に基づいて、様々な釉薬を使って作られた様々なセラミック製品が評価され、それぞれのセラミック製品の評価結果が比較された。その結果、本件発明者は、ガラス粉末（例えば廃ガラス粉末）、藁の灰、及び二酸化チタンを主成分として含む釉薬が、セラミックの硬度及び抗菌性を向上させるのにとりわけ有利に作用することを、新たに知見するに至った。
特に、以下の表１に示す成分を主成分として含有する釉薬を使ったセラミック製品が、硬度及び抗菌性の両者のバランスの点で最も良好な結果を示し、またデザイン性（例えばセラミック製品の表面の色味及び質感（ザラつきなど））に関しても高く評価された。
上記の表１には、釉薬の各含有成分の含有量（特に重量（ｋｇ））が示されている。実際には、表１に示すそれぞれの含有成分が表１に示す含有量で均一に混合されて作られた釉薬の一部が、各成形体に付与され、各セラミック製品の製造のために使われた。
表１において、各含有成分の含有量の単位は「ｋｇ（キログラム）」で統一して示されている。したがって釉薬の含有成分間の重量比は、表１に示される含有量から単位を省いた数値で表現可能である。すなわち表１に示す成分を主成分として含有する釉薬は、以下に示す重量比でそれぞれの成分を含む。
・ セピオライト： ２０～３０
・ ホウ砂： ６～８、
・ カオリン： ８～１０、
・ ボーンチャイナ粉末： ３～５、
・ 廃ガラス粉末： ４～６、
・ 酸化スズ： ２～４、
・ シリカゲル粉末： ２～４、
・ ケイ酸ジルコニウム超微粉末：３～５、
・ リモナイト： ４～６、
・ ジメチルアニリン： １～３、
・ ナノ酸化亜鉛： ２～４、
・ 炭酸バリウム： ３～５、
・ 酸化コバルト（ＩＩＩ）： １～３、
・ 藁の灰： ３～５、
・ キシレン： ８～１２、及び
・ 二酸化チタン： ２
・ セピオライト： ２０～３０
・ ホウ砂： ６～８、
・ カオリン： ８～１０、
・ ボーンチャイナ粉末： ３～５、
・ 廃ガラス粉末： ４～６、
・ 酸化スズ： ２～４、
・ シリカゲル粉末： ２～４、
・ ケイ酸ジルコニウム超微粉末：３～５、
・ リモナイト： ４～６、
・ ジメチルアニリン： １～３、
・ ナノ酸化亜鉛： ２～４、
・ 炭酸バリウム： ３～５、
・ 酸化コバルト（ＩＩＩ）： １～３、
・ 藁の灰： ３～５、
・ キシレン： ８～１２、及び
・ 二酸化チタン： ２
本件発明者は、様々な釉薬を使って作られた様々なセラミック製品の評価結果を比較検討したところ、とりわけ釉薬における「廃ガラス粉末（ガラス粉末）の配合量（重量比）」及び「二酸化チタン」の存在（両者の組み合わせ）が、セラミック製品に対して特別な影響（すなわち良好な影響）をもたらしているという推察を得るに至った。
図１は、表１に示す含有成分を含む釉薬（本件釉薬）と、表１に示す含有成分とは異なる含有成分を含む釉薬（普通釉薬）との、傷つき試験及び吸水率試験の結果例を示す表である。
例えば硬度に関し、上述の表１に示す含有成分を含む釉薬が使われたセラミック製品は、上述のような局所的な外力（刃物の押し当て）が加えられても、視覚的に殆ど気付かない程度の傷跡しかつかなかった。一方、表１に示す「ガラス粉末、藁の灰、及び二酸化チタンの組み合わせ」を主成分として含まない釉薬が塗布されたセラミック製品は、上述のような局所的な外力が加えられると視覚的に気付く傷跡がつき、とりわけ二酸化チタンを含まない釉薬が使われたセラミック製品において視覚的に目立つ傷がつきやすかった。これは、釉薬中の二酸化チタンが、焼成工程を経ることで、釉薬の表面（すなわちセラミック製品の表面）において安定性の高い結晶構造を作りだし、その結果、セラミック製品の硬度の向上（耐傷性の向上）に寄与することによるものと考えられる。
なお上述の表１に示す含有成分を含む釉薬が使われたセラミック製品は、優れた耐水性を示した。一般に、吸水率が低いセラミック製品は、汚れが付きにくく、付着した汚れが落ちやすいため、防汚性に優れ、０．５％程度以下の吸水率を示すセラミック製品が標準的な耐水性を示すセラミック製品と考えられることが多い。図１に示す吸水率試験の結果によれば、普通釉薬を使った場合（吸水率＝０．３１％）よりも、表１に示す含有成分を含む釉薬（吸水率＝０．２９％）のほうが耐水性に優れていることが分かる。
また釉薬を成形体に焼き付ける際に、釉薬が塗布されている成形体を所望条件下で焼成した直後において、焼成後の成形体（すなわちセラミック製品）を急速に冷却することで、より効果的にセラミック製品の硬度を上げることができ、また釉薬の沈殿や分離を回避して釉薬の懸濁性を保つことができた。具体的には、図１に示す普通釉薬が使われたセラミック製品では、釉薬が塗布された後の成形体の焼成工程が最高温度約１２５０℃の温度下で約２０分程度行われ、その後、約１８時間かけて焼成後の成形体（すなわちセラミック製品）は自然冷却された。一方、図１に示す本件釉薬（表１に示す含有成分を含む釉薬）が使われたセラミック製品では、釉薬が塗布された後の成形体の焼成工程が最高温度約１２５０℃の温度下で約５０分程度行われ、その後、焼成後の成形体（すなわちセラミック製品）は約１１００℃まで急速に（具体的には約１０秒の時間で）冷却され、その後自然冷却された。
本件発明者は、図１に示す本件釉薬と同じ釉薬が塗布された成形体を複数準備し、これらの成形体の焼成工程を同一条件（約１２５０℃の温度下で約５０分程度）で行った後、急速冷却の温度の程度を成形体毎に変えた。その結果、急速冷却によって焼成後の成形体の温度を約５０℃～約２５０℃、望ましくは約１２０℃～約１８０℃の範囲で下げた場合（すなわち焼成後の成形体を急速に約１２５０℃から約１０００℃～約１２００℃まで、望ましくは約１０７０℃～約１１３０℃まで冷却した場合）、とりわけ効果的にセラミック製品の硬度を上げることができ、釉薬の沈殿及び分離を回避して釉薬の懸濁性を保つことができた。なお急速冷却の速度は必ずしも限定されるものではないが、焼成後の成形体の温度を平均的に１秒あたり約５℃～約２５℃、例えば約１０℃～約２０℃（一例として約１５℃）低下させるように上述の急速冷却を行うことで、セラミック製品の硬度、釉薬の沈殿及び分離の回避、及び釉薬の懸濁性の保持に関して良好な結果が得られた。
なお熱安定性、鉛・カドミウム含有量、電子レンジ使用可能性、及びオーブン使用可能性について、上述の表１に示す含有成分を含む釉薬が使われたセラミック製品は、標準的な評価結果若しくはより優れた評価結果を示した。例えば、－２０℃と１６０℃との間でセラミック製品の急速加熱及び急速冷却を行ったところ、表１の釉薬が使われたセラミック製品にはヒビ等の損傷の発生は見られなかった。また表１の釉薬が使われたセラミック製品の鉛含有量及びカドミウム含有量は、いずれも安全範囲内の含有量であった。また６００Ｗの出力を有する電子レンジによって７２，０００Ｊ（ジュール）の加熱エネルギーが与えられる環境下でセラミック製品を使用したところ、表１の釉薬が使われたセラミック製品には、ヒビ等の損傷の発生は見られず、また放電現象も起きなかった。またオーブンによってセラミック製品を２３０℃の高温環境下に２時間置いたが、表１の釉薬が使われたセラミック製品には、ヒビ、変色及び変形に関する異常は見られなかった。
図２～図５は、本開示の釉薬を使って製作された陶磁器１０（セラミック）の例の斜視図である。
本開示の釉薬を適用可能な陶磁器１０（セラミック）の形状等のデザインは限定されない。例えば、比較的平らで底の浅い図２に示すような平皿、底部から上方に立設したリム（縁部）を有する図３に示すような浅皿、比較的大きな深みを有する図４に示すような鉢、及び比較的大きな深みを有し且つ高さ方向及び水平方向の双方に延びるリムを有する図５に示すような皿を作る際に、本開示の釉薬を有効に使用できる。
なお本開示の釉薬を使用可能なセラミックは限定されず、皿（図２～図５参照）以外の任意の用途を持つセラミックにおいて本開示の釉薬が使われてもよい。
なおセラミック製品の製造方法も限定されない。例えば、釉薬の原料となる各成分を所望の重量だけ計量し、計量後の原料成分（上記の表１参照）が十分に均一に撹拌されて混合され、混合された釉薬の原料を高温（例えば約１１００℃）の環境下で１～複数回（例えば２回）焼成してもよい。この場合、焼成後の原料がボールミル粉砕され、所望の細かさ（例えば３００～３５０メッシュ）を有するように砕かれて所望濃度の釉薬スリップ（glaze slip）が作られ、当該釉薬スリップが成形体に付与されてもよい。釉薬スリップが付与された成形体は、窯内で酸化炎や還元炎によって所望の高温（例えば１１００～１４００℃程度）に加熱されて焼成されてもよい。これらの一連のステップを行うことでセラミック製品を製造できる。
本明細書で開示されている実施形態及び変形例はすべての点で例示に過ぎず限定的には解釈されないことに留意されるべきである。上述の実施形態及び変形例は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態での省略、置換及び変更が可能である。例えば上述の実施形態及び変形例が全体的に又は部分的に組み合わされてもよく、また上述以外の実施形態が上述の実施形態又は変形例と組み合わされてもよい。また、本明細書に記載された本開示の効果は例示に過ぎず、その他の効果がもたらされてもよい。
１０ 陶磁器
Claims (5)
- ガラス粉末、灰、二酸化チタン、ホウ砂、カオリン、ボーンチャイナ粉末、酸化スズ、シリカゲル粉末、ケイ酸ジルコニウム、リモナイト、ジメチルアニリン、ナノ酸化亜鉛、炭酸バリウム及び酸化コバルト（ＩＩＩ）を主成分として含む釉薬。
- 前記ガラス粉末、前記灰、及び前記二酸化チタンの重量比は、４～６：３～５：２である請求項１に記載の釉薬。
- 以下に示す重量比の成分を含む、
・ ガラス粉末： ４～６、
・ 灰： ３～５、
・ 二酸化チタン： ２、
・ ホウ砂： ６～８、
・ カオリン： ８～１０、
・ ボーンチャイナ粉末： ３～５、
・ 酸化スズ： ２～４、
・ シリカゲル粉末： ２～４、
・ ケイ酸ジルコニウム： ３～５、
・ リモナイト： ４～６、
・ ジメチルアニリン： １～３、
・ ナノ酸化亜鉛： ２～４、
・ 炭酸バリウム： ３～５、及び
・ 酸化コバルト（ＩＩＩ）：１～３
請求項１に記載の釉薬。 - 請求項１～３のいずれか一項に記載の釉薬を成形体に付与する工程と、
前記釉薬が付与されている前記成形体を焼成する工程と、
焼成後の前記成形体を急速に冷却する工程と、を含むセラミック製造方法。 - 請求項１～３のいずれか一項に記載の釉薬が用いられたセラミック。
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| JP2022122336A JP2024018793A (ja) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 釉薬、セラミック製造方法及びセラミック |
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| JP2022122336A JP2024018793A (ja) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 釉薬、セラミック製造方法及びセラミック |
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| JP2022122336A Pending JP2024018793A (ja) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 釉薬、セラミック製造方法及びセラミック |
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2022
- 2022-07-29 JP JP2022122336A patent/JP2024018793A/ja active Pending
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