JP5716910B2 - 陶磁器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、１２００℃以下で焼成される焼結体であり、適度に高い熱膨張性と高い耐熱衝撃性を有する、マイクロ波を吸収して発熱する白色セラミックスからなる陶磁器とその製造方法に関する。

一般的な陶磁器は電子レンジのマイクロ波により加熱されないから、被加熱物が陶磁器に入れられ、電子レンジ内でマイクロ波が照射されても、焦げ目が被加熱物につかない。しかし、焼き魚のように、電子レンジ内のマイクロ波照射で焦げ目つけが好まれる食品がある。
そこで、炭化珪素が主材とされる材料が焼成されてなる電子レンジ用耐熱皿が検討された（例えば、特許文献１参照）。更に、酸化亜鉛と酸化アルミニウムとの焼結体よりなるマイクロ波吸収発熱体（例えば、特許文献２参照）、強磁性酸化物とガラス相を含むセラミックで構成され釉薬が施されている電子レンジ調理用具（例えば、特許文献３参照）、金属鉄の結晶とマグネタイトあるいはその一方が釉薬層中又は釉薬表面もしくはセラミックス基材表面に生成されているマイクロ波吸収発熱セラミックスが検討された（例えば、特許文献４参照）。

上記電子レンジ用耐熱皿、電子レンジ調理用具及びマイクロ波吸収発熱セラミックスは有色であり、最も多く使用される白色食器が実現されない。上記電子レンジ用耐熱皿及び電子レンジ調理用具の素地の熱膨張性は、マイクロ波による急加熱に耐え得るよう低いが、低熱膨張性素地と釉薬の熱膨張の差異により亀裂が釉層に生じ、加熱調理時に発生する油等の液体が低熱膨張性素地にしみ込み、臭い移りが起きる。
上記マイクロ波吸収発熱体の素地は１２００℃以下の温度での焼結性が低く、当該素地が１２００℃以下の温度で焼成されて得られる製品は実用的な強度を有していない。一方、当該素地が１２００℃より高い温度で焼成されると、当該素地に主成分として含まれる酸化亜鉛はガラスと反応性が高いので、釉層の形成が困難になる。更に、上記マイクロ波吸収発熱体はマイクロ波により急激に加熱されるので、電子レンジの出力、発熱体の形状等により熱衝撃による破損が懸念される。
上記マイクロ波吸収発熱セラミックスの表面はマイクロ波により急激に加熱されるので、上記マイクロ波吸収発熱セラミックスは熱応力により破損されやすい。

特開２００３−３２５２９８号公報 特開平７−２４９４８７号公報 特開平５−２５８８５７号公報 特開２００５−７５６９７号公報

近年、１２００℃以下で焼成される焼結体であり、適度に高い熱膨張性と高い耐熱衝撃性を有しマイクロ波を吸収して発熱する白色セラミックスからなる陶磁器が望まれていたが、このような陶磁器は実現されていなかった。
本発明が解決しようとする課題は、１２００℃以下で焼成される焼結体であり、適度に高い熱膨張性と高い耐熱衝撃性を有するマイクロ波を吸収して発熱する白色セラミックスからなる陶磁器とその製造方法の提供である。

本発明の陶磁器は、釉層が焼結体の表面に形成されてなり、当該焼結体は、全成分に対して（ａ）７０〜９２質量％のＺｎＯ、（ｂ）５〜１９質量％のＳｉＯ₂及び（ｃ）３〜１８質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有し、（ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上であり、当該焼結体の平均線膨張係数は４．０×１０^-6〜５．７×１０^-6／Ｋである。本発明の陶磁器は、好ましくは電子レンジ内で使用される。
本発明の陶磁器の製造方法は、釉薬が、全成分に対して（ａ）７０〜９２質量％のＺｎＯ、（ｂ）５〜１９質量％のＳｉＯ₂及び（ｃ）３〜１８質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有する生地又は当該生地が６００℃〜１４００℃で仮焼されて形成される無釉素地に施釉される工程、施釉された生地又は無釉素地が１０００〜１２００℃で釉焼される工程を実施し、（ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上である。

本発明の陶磁器は、マイクロ波を吸収して発熱するから、電子レンジ内で被加熱物を加熱できる。
本発明の陶磁器は、有色食器よりも頻繁に使用される白色食器として利用され得る。
本発明の陶磁器は、適度に高い熱膨張性を有しているから、セラミックスと釉薬の熱膨張の差異が非常に小さく、亀裂が釉層に生じ難い。従って、加熱調理時に発生する油等の液体が本発明の陶磁器に吸収され難く、臭い移りが本発明の陶磁器に発生し難く、本発明の陶磁器の洗浄は容易である。
本発明の陶磁器は、高い耐熱衝撃性を有しているから、急激な温度変化に伴う熱衝撃による破損が生じがたい。
本発明の陶磁器の製造方法は、１２００℃以下の焼結温度で本発明の陶磁器を提供できる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の陶磁器を構成する焼結体は、全成分に対して（ａ）７０〜９２質量％のＺｎＯ、（ｂ）５〜１９質量％のＳｉＯ₂及び（ｃ）３〜１８質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有する。（ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上である。（ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合が小さすぎると、陶磁器のマイクロ波照射による十分な発熱が起きなくなる。

ＺｎＯの全成分に対する好ましい配合割合は７０〜８５質量％である。ＺｎＯの配合割合が小さすぎると、陶磁器のマイクロ波照射による十分な発熱が起きなくなる。一方、ＺｎＯの配合割合が大きすぎると、焼結体の原料となる素地の強度が低下し、焼結体の線膨張係数が大きくなって、陶磁器の耐熱衝撃性が著しく低下する。

ＳｉＯ₂の全成分に対する好ましい配合割合は７〜１６質量％である。ＳｉＯ₂の配合割合が小さすぎると、ＺｎＯの配合割合が相対的に大きくなり過ぎる。一方、ＳｉＯ₂の配合割合が大きすぎると、ＺｎＯの配合割合が相対的に小さくなりすぎる。ＳｉＯ₂は珪石、粘土鉱物、カオリン類鉱物等に由来する。

Ａｌ₂Ｏ₃の全成分に対する好ましい配合割合は４〜１６質量％である。Ａｌ₂Ｏ₃の配合割合が小さすぎると、ＺｎＯの配合割合が相対的に大きくなり過ぎる。一方、Ａｌ₂Ｏ₃の配合割合が大きすぎると、ＺｎＯの配合割合が相対的に小さくなりすぎる。Ａｌ₂Ｏ₃は酸化アルミニウム粒子、粘土鉱物、カオリン類鉱物等に由来する。成形工程における可塑性の向上の観点から、好ましい鉱物は粘土鉱物、カオリン類鉱物である。

本発明の陶磁器を構成する焼結体は（ａ）ＺｎＯ、（ｂ）ＳｉＯ₂及び（ｃ）Ａｌ₂Ｏ₃以外の酸化物を含有し得る。当該酸化物の具体例は、熱膨張を調整するためのコーディエライト由来の酸化マグネシウムである。酸化マグネシウムの全成分に対する配合割合は０〜１質量％である。

更に、本発明の陶磁器を構成する焼結体は、天然原料由来の不可避成分として酸化第二鉄、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウムを含有し得る。酸化第二鉄の全成分に対する配合割合は０〜０．５質量％、酸化チタンの全成分に対する配合割合は０〜０．５質量％、酸化カルシウムの全成分に対する配合割合は０〜０．２質量％、酸化ナトリウムの全成分に対する配合割合は０〜０．５質量％、酸化カリウムの全成分に対する配合割合は０〜１質量％程度である。

次に、本発明の陶磁器の製造方法を説明する。酸化亜鉛粒子、珪石、粘土鉱物、カオリン類鉱物、酸化アルミニウム粒子等から選択された原料が、ボールミル等の粉砕混合機により混合され、生地が得られる。当該生地は、全成分に対して（ａ）７０〜９２質量％のＺｎＯ、（ｂ）５〜１９質量％のＳｉＯ₂及び（ｃ）３〜１８質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有する。（ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上である。次に、当該生地の含水率が１２〜２５％に調整され、陶土が得られる。当該陶土はローラーマシン等のロクロ成形、鋳込み成形、プレス成形等の成形方法で成形され、乾燥される。

成形された生地は施釉され得るが、６００〜１４００℃、好ましくは８００〜１２００℃で仮焼されてから施釉されてもよい。仮焼温度が低すぎると、素地強度が施釉に十分でなくなる。一方、仮焼温度が高すぎると、陶磁器の耐熱衝撃性が低下する。

施釉後の釉焼温度は１０００〜１２００℃であり、好ましい釉焼温度は１０５０〜１１５０℃である。釉焼温度が低すぎると、生地又は無釉素地に適合する熱膨張係数を有する釉層を得難くなる。一方、釉焼温度が高すぎると、素地と釉層が激しく反応し、良好な釉面が得られない。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。各種測定方法は次のとおりである。

（１）発熱特性
２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波が２０ｍｍ×１３０ｍｍ×８ｍｍの板状試料に１８０秒間照射され、板状試料の表面温度が放射温度計（タスコジャパン株式会社製ＴＨＩ−４４０Ｓ、測定温度範囲−５０〜５００℃）で測定された。

（２）耐熱衝撃特性
２０ｍｍ×１３０ｍｍ×８ｍｍの板状試料が２７５℃の恒温機中に１時間保持され、その後２５℃の水に投入され、破損の有無が確認された。

（３）平均熱膨張係数
７ｍｍ×７ｍｍ×２０ｍｍの角柱状試料の３０〜７００℃の温度範囲での熱膨張係数が、マックサイエンス株式会社製ＴＭＡ−４４００により毎分１０℃の昇温速度で測定された。

（４）素地に含まれる成分の配合割合
それぞれの使用原料は１０５０℃で仮焼された後、それぞれの使用原料の化学組成が分析された。
蛙目粘土の化学組成は蛍光Ｘ線分析装置（株式会社リガク製ＺＳＸ１００ｅ）によりガラスビードによる検量線法にて測定された。
亜鉛華、アルミナ及びコーディエライトの化学組成は、それぞれの原料はＪＩＳ Ｍ８８５３により溶液化処理後、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津製作所製ＩＣＰＳ−８１００型）による検量線法にて分析された。原料の化学分析値と配合割合から素地に含まれる成分の配合割合が算出された。

実施例１〜９及び比較例１〜３
表１に記載される原料１００質量部、分散剤であるケイ酸ナトリウム０．２５質量部及び水３３質量部がボールミルで混合され、泥奬が得られた。当該泥奬が順次、２０ｍｍ×１３０ｍｍ×８ｍｍの陶磁器製板状試料用生地と７ｍｍ×７ｍｍ×２０ｍｍの陶磁器製角柱状試料用生地に鋳込み成形され、自然乾燥された。２０ｍｍ×１３０ｍｍ×８ｍｍの陶磁器製板状試料用生地は電気炉で９００℃で仮焼された後、施釉され、次に１１００℃で釉焼され、２０ｍｍ×１３０ｍｍ×８ｍｍの陶磁器製板状試料が得られた。７ｍｍ×７ｍｍ×２０ｍｍの陶磁器製角柱状試料用生地は電気炉で９００℃で仮焼された後、次に１１００℃で釉焼され、７ｍｍ×７ｍｍ×２０ｍｍの陶磁器製角柱状試料が得られた。
陶磁器の組成、発熱特性、耐熱衝撃特性及び平均熱膨張係数が表２に示されている。

実施例１〜９の陶磁器は、１８０秒間のマイクロ波照射で被加熱食品に焦げ目をつけられる２００℃以上に加熱された。温度差２５０℃の熱衝撃がこれらの陶磁器に加えられても、これらの陶磁器の破損はなかった。更に、これらの陶磁器の平均熱膨張係数は、一般的な釉の平均熱膨張係数である４．０×１０^-6／Ｋ程度と近かった。
ＺｎＯの配合割合が小さすぎる比較例１の陶磁器は、１８０秒間のマイクロ波照射で被加熱食品に焦げ目をつけられる２００℃以上に加熱されなかった。当該陶磁器の平均熱膨張係数は、一般的な釉の平均熱膨張係数より小さかった。
全成分に対するＺｎＯ、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃の配合割合が９８質量％より小さい比較例２の陶磁器は、１８０秒間のマイクロ波照射で被加熱食品に焦げ目をつけられる２００℃以上に加熱されなかった。
温度差２５０℃の熱衝撃が、ＺｎＯの配合割合が大きすぎ、ＳｉＯ₂の配合割合が小さすぎる比較例３の陶磁器に加えられると、当該陶磁器は破損した。当該陶磁器の平均熱膨張係数は、温度差２５０℃の熱衝撃に耐えるには大きすぎた。

本発明の陶磁器は、被加熱物を載せて電子レンジ内でマイクロ波照射により被加熱物を加熱する容器として好適である。特に、本発明の陶磁器は、マイクロ波照射により被加熱食品に焦げ目をつける容器として好適である。

Claims (3)

1. 釉層が焼結体の表面に形成されてなり、
   当該焼結体は、全成分に対して（ａ）７０〜９２質量％のＺｎＯ、（ｂ）５〜１９質量％のＳｉＯ₂及び（ｃ）３〜１８質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有し、
   （ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上であり、
   当該焼結体の平均線膨張係数は４．０×１０^-6〜５．７×１０^-6／Ｋである、陶磁器。
2. 釉薬が、全成分に対して（ａ）７０〜９２質量％のＺｎＯ、（ｂ）５〜１９質量％のＳｉＯ₂及び（ｃ）３〜１８質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有する生地又は当該生地が６００℃〜１４００℃で仮焼されて形成される無釉素地に施釉される工程、
   施釉された生地又は無釉素地が１０００〜１２００℃で釉焼される工程、が実施され、
   （ａ）〜（ｃ）成分の全成分に対する配合割合の合計は９８質量％以上である、請求項１に記載された陶磁器の製造方法。
3. 電子レンジ内で使用される、請求項１に記載された陶磁器。