建築用結晶化ガラス物品及びその製造方法
【課題】表面にガラス欠陥がない明確な凸状模様を有する建築用結晶化ガラス物品、及び熱処理により凸状模様を形成する建築用結晶化ガラス物品の製造方法を提供する。
【解決手段】結晶化ガラス物品１は、表面から内部に向けて針状結晶が析出した第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域とガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．４以上小さい第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とが互いに融着しており、意匠面１ａに第二小領域の凸状部１ｃを複数有する。製造方法は、第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部１ｃが形成される温度で熱処理する工程を有する。
【解決手段】結晶化ガラス物品１は、表面から内部に向けて針状結晶が析出した第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域とガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．４以上小さい第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とが互いに融着しており、意匠面１ａに第二小領域の凸状部１ｃを複数有する。製造方法は、第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部１ｃが形成される温度で熱処理する工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の外装材や内装材及び装飾材に用いることができる建築用結晶化ガラス物品と、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の形状や装飾の多様化に伴って、機能性やデザインの面から建築物に種々のガラス物品が使用されるようになっている。建築物に使用される物品の中には、有色不透明な板ガラスがある。この種の有色板ガラスには、結晶化ガラス、膜付ガラス、色ガラス等があり、建物の内外装に使用すると、ガラスのもつ質感と光沢で特有の外観を呈することになり、意匠性が要求される用途に好適となる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、結晶性のガラス小体より熱処理時の流動性が高い高流動性ガラス小体を併用することで無機顔料によるガラス小体の流動性の低下が相殺されるため、熱処理温度を上げなくても平滑な平面を有する着色結晶化ガラス物品を製造することが可能な着色結晶化ガラス物品の製造方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２〜５には、結晶化後の結晶状態が異なる２種以上のガラス小体の複数個を耐火物製の型枠内に集積し、熱処理することによって得られる結晶化ガラスであり、結晶状態の相違によって、結晶化ガラスの各部分の透過率が異なり、一部分が透光性を有し、その透過率差によって模様が現出してなる天然石様の外観を呈する模様入り結晶化ガラスが開示されている。
【特許文献１】特開平８−１０４５３０号公報
【特許文献２】特開平５−１６３０３３号公報
【特許文献３】特開平５−１６３０３４号公報
【特許文献４】特開平５−１６３０３５号公報
【特許文献５】特開平５−１６３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の結晶化ガラス物品は、図３に示すように、加熱により、焼成された平滑な平面を意匠面として有するものであり、模様が平面的で深みがない。
【０００６】
また、特許文献２〜５の模様入り結晶化ガラスは、焼成された後は、模様は有しているが、ほぼ平坦なため、鏡面研磨仕上げされ、意匠面がフラットになっている。
【０００７】
このように、従来の結晶化ガラス物品には加熱、焼成だけで結晶化ガラス建材の意匠面に再現性のある明確な模様としての凹凸を設けたものはなかった。従来の結晶化ガラス物品の表面に凹凸をつけるためには、二次的な機械加工などが必要であり、表面に、強度低下をもたらす加工キズによるガラス欠陥が生じるだけでなく、製造コストが高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は、表面にガラス欠陥がない明確な凸状の模様を有する建築用結晶化ガラス物品、及び加熱、焼成により凸状の模様を有する建築用結晶化ガラス物品を製造する製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明に係る建築用結晶化ガラス物品は、表面から内部に向かって針状の結晶が析出した結晶化ガラスよりなる複数のガラス小領域が互いに融着している建築用結晶化ガラス物品であって、前記ガラス小領域には、第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とがあり、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きく、物品の表面に第二小領域による複数の凸状部を有するものである。
【００１０】
本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスが主として熱処理時の粘性に大きく影響するアルカリ土類金属酸化物ガラス成分のうち、結晶相構成成分のＣａＯに対するガラス相構成成分ＢａＯの質量比、すなわちＢａＯ／ＣａＯが０．４以上異なるものであり、結晶相構成成分のＣａＯが多く難流動性の結晶化ガラスよりなる第二小領域が、第一小領域との流動性の差に起因して意匠面に凸状部を形成しているものである。
【００１１】
また、本発明で、第一の結晶化ガラスは、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きいとは、β−ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）の結晶相を構成する成分であるＣａＯと、ガラス相の成分であるＢａＯの含有比が質量基準で０．４以上異なるものであることをいう。一方、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯの差が０．４未満であると、建築用結晶化ガラス物品を製造する際の熱処理温度における第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスとの流動性の差が小さく、意匠面に高さが１〜３ｍｍ程度の凸状部を形成し難くなる。
【００１２】
本発明の建築用結晶化ガラス物品の意匠面としては、十分に流動した第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域同士及び第一小領域同と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とが十分融着しており、軟化変形して僅かに流動した第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域による表面が火造り面である凸状部が複数形成されて意匠面に模様を成しているものである。また、建築用結晶化ガラス物品表面に凸状部が多い場合、林立する凸状部の合間や繋がった凸状部の合間に流動して鏡面になったガラスの表面が僅かにあるという状態になる。一方、物品表面の凸状部が少ない場合、平滑な鏡面のガラス表面から凸状部が間隔を隔てて突出している形態になる。
【００１３】
本発明の建築用結晶化ガラス物品の意匠面に形成される凸状部の高さとしては、１〜３ｍｍであることが好ましい。凸状部の高さが１ｍｍ未満であると、模様として認識され難くなる。一方、凸状部の高さが３ｍｍを超えると、他の物との接触で欠落が生じやすくなる。
【００１４】
本発明の建築用結晶化ガラス物品で、ガラス小領域の表面から内部に向かって析出している針状の結晶としては、建材として要求される強度を有する点及び大理石様の外観を呈する点でβ−ウォラストナイトが好適である。
【００１５】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．８を超えており、第二の結晶化ガラスはＢａＯ／ＣａＯが０．４未満であり、かつ線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内であることを特徴とする。
【００１６】
本発明で、ＢａＯ／ＣａＯが０．８を超えるガラス相の成分が多く熱処理温度における流動性のよい第一の結晶化ガラスと、ＢａＯ／ＣａＯが０．４未満の結晶相成分が多い難流動性の第二の結晶化ガラスとの０．４以上の差を有する二種以上の結晶化ガラスを組み合わせることが、意匠面に第二の結晶化ガラスの小領域よりなる高さが１〜３ｍｍの凸状部を安定して形成する上で重要である。第一の結晶化ガラスが、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．８以下であると、熱処理温度における流動性が不十分となり平滑面を得難くなる。また、第二の結晶化ガラスが、ＢａＯ／ＣａＯが０．４以上であると、熱処理温度における流動性が高くなりすぎて所望する高さの凸状部を安定して形成できなくなる。
【００１７】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第一の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ５〜７％、ＣａＯ ９〜１１％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ １０〜１２％、Ｎａ２Ｏ ２〜３％、Ｋ２Ｏ １〜３％、Ｂ２Ｏ３ ０．３〜０．４％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の建築用結晶化ガラス物品に使用する第一の結晶化ガラスのガラス組成としては、特にＣａＯ ９〜１１％、ＢａＯ １０〜１２％であることが、熱処理時の流動性を向上させる上で重要である。ＣａＯは結晶相としてβ−ウォラストナイトを構成する成分で、ＢａＯはガラス相の成分であり、結晶相とガラス相の比率により熱処理時の流動性が決まる。この場合、ＢａＯ／ＣａＯの質量比は０．９〜１．３になる。
【００１９】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第二の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ６〜７％、ＣａＯ １４〜１８％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ ４〜５％、Ｎａ２Ｏ ３〜４％、Ｋ２Ｏ ２〜３％、 Ｂ２Ｏ３ ０．３〜１．０％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の建築用結晶化ガラス物品に使用する第二の結晶化ガラスのガラス組成としては、特にＣａＯ １４〜１８％、ＢａＯ ４〜５％であることが、ガラス相に対し結晶相を多くすることで熱処理時の流動性を抑制し、凸状部を形成する上で重要である。この場合、ＢａＯ／ＣａＯの質量比は０．２２〜０．３５になる。
【００２１】
本発明において、各成分の含有量を限定した理由を以下に説明する。
【００２２】
ＳｉＯ２は、表面から内部に向かって針状結晶として析出するβ−ウォラストナイトの成分であり、その含有量は４５〜７５％の範囲内である。ＳｉＯ２が７５％より高いと結晶性ガラスの熔融温度が高くなるとともに、粘度が増大して熱処理時の流動性が悪くなる。一方、４５％より少ないと成型時の失透性が強くなる。本発明では、ＳｉＯ２の含有量は、５９〜６３％であることが好ましい。
【００２３】
Ａｌ２Ｏ３は、失透を抑制する成分であり、その含有量は１〜２５％、好ましくは３〜１５％である。Ａｌ２Ｏ３が２５％より多いと結晶性ガラスの熔解性が悪くなるとともに異種結晶（アノーサイト）が析出し熱処理時の流動性が悪くなり、１％より少ないと失透性が強くなり化学的耐久性も低下する。本発明でＡｌ２Ｏ３の含有量は、５〜７％であることが好ましい。
【００２４】
ＣａＯは、β−ウォラストナイトの成分であり、その含有量は５〜２５％の範囲内、好ましくは８〜２０％である。ＣａＯが２５％よりも多いと失透性が強くなり成形が困難となり、又β−ウォラストナイトの析出量が多くなり過ぎて所望の表面平滑性が得難くなる。一方、５％より少ないとβ−ウォラストナイトの析出量が少なくなり過ぎて機械的強度が低下し、建材として実用に耐えられなくなる。
【００２５】
ＺｎＯは、結晶性ガラスの流動性を促進するために添加する成分であり、本発明ではその含有量は、５〜７％であることが好ましい。
【００２６】
ＢａＯは、天然大理石様の結晶化ガラス物品を得る結晶化工程時の結晶性ガラスの流動性を促進するために添加する成分であり、含有量は２〜２０％である。ＢａＯは、結晶性ガラスの熔解性や流動性を促進させる成分であり２％未満であると、結晶性ガラスの粘性が増大して熱処理時の表面平滑性が得難くなる。一方、ＢａＯも２０％より多いとβ−ウォラストナイトの析出量が少なくなる。このＢａＯは、ＺｎＯの減少分を補足する成分でもある。
【００２７】
Ｎａ２Ｏは、結晶性ガラスの粘性を低下させるアルカリ成分であり、その含有量は１〜１５％、好ましくは１〜１０％である。Ｎａ２Ｏが１５％よりも多いと化学的耐久性が悪くなり、線膨張係数が高くなるために建材として好ましくない。１％より少ないと結晶性ガラスの粘性が増大して熔解性や流動性が悪くなる。本発明ではその含有量は、２〜４％であることが好ましい。
【００２８】
Ｋ２Ｏは、結晶性ガラスの粘性を低下させるアルカリ成分であり、その含有量は０〜７％である。Ｋ２Ｏが７％より多いと化学的耐久性が低下する。本発明ではその含有量は、１〜３％であることが好ましい。
【００２９】
Ｂ２Ｏ３は、結晶化ガラスの熱膨張係数を変化させずに結晶性ガラスの粘性を低下させる成分であり、その含有量は０〜５％である。Ｂ２Ｏ３が５％より多いと結晶化ガラス物品に硼酸系の異種結晶が析出し、流動性を阻害し、特性上も好ましくない。本発明ではその含有量は、０．３〜１．０％であることが好ましい。
【００３０】
Ｓｂ２Ｏ３は、清澄剤として機能する成分であるが、０．１％以下では清澄効果が低下するので、０．１〜０．５％が適量ではある。しかし、０．５％を超える使用は環境上好ましくない。本発明ではその含有量は、０．２〜０．５％であることが好ましい。
【００３１】
凸状部を形成する第二小領域を構成する第二の結晶化ガラスと、十分に流動したガラス成分の多い第一小領域を構成する第一の結晶化ガラスとを識別する方法としては、建築用結晶化ガラス物品の平滑面から突起している凸状部を含む厚み方向にスライスし、凸状部を選択し、切り出して分離し、集めて第二の結晶化ガラスからなる試料とした後、粉砕する。又、十分に流動した平滑部位を選択的に切り出して分離し、集めて、砕いて殆どが第一の結晶化ガラスからなる試料とする。または、建築用結晶化ガラス物品を約３０ｍｍサイズに粗粉砕した後、結晶化の度合いの差により透光性など色合いに差異が生じているものを分別し切り出した後、収集して、第一及び第二の結晶化ガラスの試料とし、これらを既存のガラス成分の分析法を用いて、各部位のガラス組成を質量百分率の値として特定する。それらガラス成分のうちＣａＯとＢａＯの質量比ＢａＯ／ＣａＯを算出する。
【００３２】
また、線膨張係数の測定試料は、分別し収集した第一の結晶化ガラス及び第二の結晶化ガラスをそれぞれ１０００℃以上の温度で再結晶化して形成した後、測定装置で定められた所定の寸法形状に加工して用いる。
【００３３】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０〜８０％であることを特徴とする。
【００３４】
物品表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０％未満であると、意匠面の模様として認識し難いものになる。一方、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が８０％を超えると、殆どの表面が凸状部で占められるので、意匠面として単調な表情になる。また、結晶化ガラスの流動が不十分で強度の点でも使用が困難である。本発明では表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０〜８０％であることが意匠面の明確な模様と強度とを両立させる上で好ましく、好適な模様と強度との調和を図る上で３０〜７０％であると、さらに好ましい。
【００３５】
本発明では表面の面積に対する凸状部の面積の割合を計測する方法として、電子カメラにより撮影した画像を処理することにより、反射光の多い平滑面と乱反射する凸状部とを識別し、面積を割り出してもよいし、特定の倍率で表面を写真撮影して凸状部の輪郭を単位面積当たりの質量がほぼ一定の紙に写し取り、切り出して質量を測定することにより計測してもよい。
【００３６】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、凸状部の平均高さが１ｍｍ以上で、かつ平均径が３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００３７】
意匠面に形成されると凸状部の平均高さが１ｍｍ以上で、かつ平均径が３ｍｍ以上であると、かなり離れた位置からでも模様として認識が容易となる。平均粒径が１０〜２０ｍｍの第二ガラス小体を使用すると、建築用結晶化ガラス物品の意匠面の模様として、平均高さが１ｍｍ以上で平均直径が３ｍｍ以上の大きい凸状部を形成することが容易となる。
【００３８】
凸状部の平均高さは、ノギス等に付属する簡易深さゲージや専用の深さゲージ等により複数の凸状部を測定して、平均値を算出してもよいし、投影機などを使用して側面側から複数の凸状部に順次焦点を合わせながら平滑面からの高さをマイクロメータ付き移動テーブルや、撮像で測定してもよい、また破壊測定になるが、建築用結晶化ガラス物品の厚さ方向に凸状部の頂点を残してスライスし、ノギス、マイクロメータ付き移動テーブル等の既存の方法で測定してもよい。測定点数は多いほどよいが、少なくとも１０点以上測定することが好ましい。
【００３９】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、遷移金属酸化物の着色剤によって着色されてなることを特徴とする。
【００４０】
本発明では、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３等の遷移金属酸化物の着色剤によって着色されて、ベージュ、グレーなどを発色する建築用結晶化ガラス物品となる。
【００４１】
本発明に係る建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する混合工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部が形成される温度範囲で熱処理する焼成工程とを有する。
【００４２】
本発明で、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを使用するとは、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状のβ−ウォラストナイトが析出する結晶化ガラスよりなる二種類のガラス小体で、第一の結晶性ガラスと第二の結晶性ガラスのガラス組成が、質量比ＢａＯ／ＣａＯに０．４以上の差があり、熱処理温度において流動性に差が現れて、第二ガラス小体が物品の表面に凸状部を形成することを意味している。
【００４３】
本発明で混合工程としては、強度及び耐候性等の所要の性能を有する建築用結晶化ガラス物品が得られ範囲で、第一ガラス小体の多数個と第二ガラス小体の多数個とを混合するものである。第一ガラス小体が多すぎる場合には、第二ガラス小体による凸状部が少なく、また埋没しやすくなり識別可能な高さの凸状模様が形成され難くなる。一方、第二ガラス小体が多すぎる場合には、意匠面に第一ガラス小体による平滑面が形成されず、単調な粗面となり、また流動不足のため焼結が不十分となり、強度不足の虞も生じる。
【００４４】
本発明で焼成工程としては、自由表面が鏡面になる程度に第一ガラス小体が十分に流動して融着し、結晶化する温度範囲であり、かつ第二ガラス小体の粘度が第一ガラス小体よりも高く、僅かに流動して結晶化し、表面が火造り面である高さが１〜３ｍｍの凸状部が形成される温度範囲で熱処理するものである。
【００４５】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、混合工程において、第一ガラス小体の多数個と、ガラス小体の集積体を１時間保持すると自由表面が平滑面になる平滑化温度が第一ガラス小体よりも５０℃以上高く、かつ結晶化後の線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内である第二ガラス小体の多数個とを混合することを特徴とする。
【００４６】
本発明で建築用結晶化ガラス物品の製造に用いる結晶性のガラス小体としては、前記第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体と、第一ガラス小体よりも５０℃以上高い平滑化温度を有し、同様の結晶性を有する前記第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体とを使用することが、意匠面に凸状部を形成する上で重要である。本発明で平滑化温度とは、耐火性容器内に、平均粒径が２〜４ｍｍの結晶が析出する前のガラス小体を約１０ｍｍの高さに敷き詰めて集積した集積体を形成し、この集積体を加熱してゆき、１時間保持するとガラス小体が互いに融着し流動して表面から内部に向かって針状の結晶を析出しつつ耐火容器と接触していない自由表面にガラス小体に起因する凹凸がなくなりガラス光沢を有する平滑面になる温度をいう。建築用結晶化ガラス物品に使用される第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスの平滑化温度の差が５０℃未満であると、焼成工程において第一の結晶性ガラスが流動、融着し、かつ第二ガラス小体も、ほぼ流動してしまい、高さ１〜３ｍｍの凸模様を形成することが困難である。また、第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスの線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋを超えると、熱処理後の冷却中や、その後に、残留応力に起因して破壊が生じる虞がある。
【００４７】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、混合工程において、第二ガラス小体の混合割合を１５〜８５質量％にすることを特徴とする。
【００４８】
本発明で、第一ガラス小体に対して第二ガラス小体の割合を多くすることで、建築用結晶化ガラス物品表面に、多くの凸状部を林立させることができ、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が多い意匠面になる。この場合、第二ガラス小体が軟化変形して僅かに流動した後に結晶化した表面が火造り面である高さ１〜３ｍｍの凸状部の合間に第一ガラス小体が流動して鏡面になったガラス表面が僅かにあるという状態になる。一方、第一ガラス小体に対して第二ガラス小体の割合を少なくすると、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が少ない意匠面になる。この場合、第一ガラス小体が流動して鏡面になった平滑なガラス表面に、第一ガラス小体間隔をおいて凸状部が突起している状態になる。第二ガラス小体の割合が、１５質量％未満であると、模様として認識し難いものになる。一方、第二ガラス小体の割合が８５質量％を超えると、意匠面に第一ガラス小体による平滑面が殆ど形成されず、表面が凸状部のみで占められた粗面となって単調な表情になり、意匠性の点、及び僅かしか流動していない第二ガラス小体に起因する強度の点で使用が困難である。本発明では第二ガラス小体の混合割合が１５〜８５質量％であることが、意匠面の明確な模様と、強度とを両立させる上で好ましい。さらに、好ましくは好適な模様と強度との調和を図る上で２０〜８０質量％である。
【００４９】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、平均粒径が１０〜２０ｍｍの第二ガラス小体を使用することが好ましい。
【００５０】
平均粒径が１０〜２０ｍｍの第二ガラス小体を使用することで、建築用結晶化ガラス物品の意匠面に、平均高さが１ｍｍ以上で平均直径が３ｍｍ以上の模様として認識され易い凸状部を形成することが容易となる。
【発明の効果】
【００５１】
上記本発明の建築用結晶化ガラス物品は、表面から内部に向かって針状の結晶が析出した結晶化ガラスよりなる複数のガラス小領域が互いに融着している建築用結晶化ガラス物品であって、前記ガラス小領域には、第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とがあり、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きく、物品の表面に第二小領域による複数の凸状部を有するので、表面が火造り面であり、かつ表面から内部に向かって針状の結晶が析出した複数の凸状部による模様が形成された新たな意匠面と、所要の実用強度等の性能を兼ね備える建築用結晶化ガラス物品を提供することができる。
【００５２】
本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する混合工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部が形成される温度範囲で熱処理する焼成工程とを有するので、火造り面の複数の凸状部による模様が形成された新たな意匠面と、実用強度等の性能とを兼ね備える上記本発明の建築用結晶化ガラス物品を効率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明の建築用結晶化ガラス物品及びその製造方法の実施形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【００５４】
耐火物製の平板（棚板：一辺１１２０ｍｍ×他辺１４００ｍｍ×厚さｔ２２ｍｍ）に離型材としてＡｌ２Ｏ３の粉末を水に分散させたスラリーを耐火物表面に塗布する。予めＡｌ２Ｏ３が塗布された耐火物の角材（一辺３０ｍｍ×他辺３０ｍｍ×長さ１２００ｍｍと一辺３０ｍｍ×他辺３０ｍｍ×長さ９００ｍｍ）の各一対を矩形容器状の収容部が棚板の上に形成される配置にセットする。
【００５５】
質量％でＳｉＯ２ ６０％、Ａｌ２Ｏ３ ６．５％、Ｂ２Ｏ３ ０．３％、ＣａＯ １０％、ＺｎＯ ６．６％、ＢａＯ １１％、Ｎａ２Ｏ ３％、Ｋ２Ｏ ２．３％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．３％の組成を含有し、質量比ＢａＯ／ＣａＯが１．１である結晶性ガラスよりなり、平滑化温度が１０８０℃と低い第一ガラス小体Ｌと、質量％でＳｉＯ２ ５９％、Ａｌ２Ｏ３ ６．５％、ＣａＯ １７％、ＺｎＯ ６．５％、ＢａＯ ４％、Ｋ２Ｏ ２．５％、Ｎａ２Ｏ ３．５％ Ｂ２Ｏ３ ０．５％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．５％の組成を含有し質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．２４である結晶性ガラスよりなり、平滑化温度が１１４０℃と第一ガラス小体Ｌよりも６０℃高い第二ガラス小体Ｈとを質量比でＬ：Ｈ＝２：８で混合した。第一ガラス小体Ｌの結晶化した後の線膨張係数は６６×１０−７／Ｋで、第二ガラス小体Ｈが熱処理されて結晶化した後の線膨張係数は６０×１０−７／Ｋであり、線膨張係数の差は６×１０−７／Ｋである。また、第一ガラス小体Ｌの粒径は２〜４ｍｍで平均粒径は約３ｍｍであり、第二ガラス小体Ｈの粒径も２〜４ｍｍで平均粒径は約３ｍｍである。
【００５６】
セットされた耐火物の型枠内に混合された２種類のガラス小体Ｈ、Ｌを最終製品厚み１５ｍｍ換算の重量を秤量し、型枠内に敷き詰め、充填する。次ぎに、焼成炉（ローラーキルンなど）に耐火物型枠ごと投入し、平滑化温度の低いガラス小体Ｌが十分流動する最高温度１０８０℃で約１時間キープした後、徐々に温度を下げて冷却する。
【００５７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、出来上がりの建築用結晶化ガラス物品１は、意匠面１ａに凸状部１ｃが面積比で約７０％と多く、鏡面の平滑部１ｄが少ない表情となった。凸状部１ｃを１０点測定した平均高さは２．１ｍｍで、平均径は約４ｍｍであった。凸状部１ｃは表面が火造り面であり、かつ表面から内部に向かって針状の結晶が析出しているので、独特の新たな意匠面を実現しており、かつ結晶が析出により所要の実用強度等の性能を兼ね備える建築用結晶化ガラス物品になっている。
【実施例２】
【００５８】
次ぎに、ＮｉＯよりなる着色剤を０．１質量％加えて着色された平滑化温度の低い第一ガラス小体Ｌと、平滑化温度の高い第二ガラス小体Ｈを、Ｌ：Ｈ＝８：２で混合し、実施例１と同様な処理を施して、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すベージュ色を呈する建築用結晶化ガラス物品２を作製した。
【００５９】
結晶化ガラス物品２は、全体的に鏡面の平滑部２ｄが多い意匠面２ａに凸状部２ｃが面積比で約１３％と少ない表情となった。凸状部２ｃを１０点測定した平均高さは１．６ｍｍで、平均径は４ｍｍあった。２種類のガラスの混合割合を変えることにより、凸状部２ｃの程度をコントロールすることができた。
【００６０】
上記の線膨張係数は、ブルカー・エイエックスエス株式会社製ディラトメータにて３０〜３８０℃の線膨張係数を測定した。また、各結晶性ガラスの平滑化温度は、アルミナを塗布した内寸が５０ｍｍ×１００ｍｍの耐火物の型枠内に、約７０ｇの平均粒径２〜４ｍｍのガラス小体を入れて集積し、電気炉で１０００℃以上の高温に加熱し、１時間保持すると自由表面の凸部がなくなり、ガラス光沢を有する平滑面になる温度を平滑化温度として測定した。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、小体の流動性の差異に起因する凸状の模様による新規な建築用物品とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（Ａ）は本発明の建築用結晶化ガラス物品の意匠面の写真、（Ｂ）は（Ａ）の側面側から意匠面を見た写真。
【図２】（Ａ）他の建築用結晶化ガラス物品の意匠面の写真、（Ｂ）は（Ａ）の側面側から意匠面を見た写真。
【図３】従来の建築用結晶化ガラス物品の側面側から意匠面を見た写真。
【符号の説明】
【００６３】
１、２ 建築用結晶化ガラス物品
１ａ、２ａ 意匠面
１ｂ、２ｂ 側面
１ｃ、２ｃ 凸状部
１ｄ、２ｄ 平滑部
３ 従来の建築用結晶化ガラス物品
３ａ 意匠面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の外装材や内装材及び装飾材に用いることができる建築用結晶化ガラス物品と、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の形状や装飾の多様化に伴って、機能性やデザインの面から建築物に種々のガラス物品が使用されるようになっている。建築物に使用される物品の中には、有色不透明な板ガラスがある。この種の有色板ガラスには、結晶化ガラス、膜付ガラス、色ガラス等があり、建物の内外装に使用すると、ガラスのもつ質感と光沢で特有の外観を呈することになり、意匠性が要求される用途に好適となる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、結晶性のガラス小体より熱処理時の流動性が高い高流動性ガラス小体を併用することで無機顔料によるガラス小体の流動性の低下が相殺されるため、熱処理温度を上げなくても平滑な平面を有する着色結晶化ガラス物品を製造することが可能な着色結晶化ガラス物品の製造方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２〜５には、結晶化後の結晶状態が異なる２種以上のガラス小体の複数個を耐火物製の型枠内に集積し、熱処理することによって得られる結晶化ガラスであり、結晶状態の相違によって、結晶化ガラスの各部分の透過率が異なり、一部分が透光性を有し、その透過率差によって模様が現出してなる天然石様の外観を呈する模様入り結晶化ガラスが開示されている。
【特許文献１】特開平８−１０４５３０号公報
【特許文献２】特開平５−１６３０３３号公報
【特許文献３】特開平５−１６３０３４号公報
【特許文献４】特開平５−１６３０３５号公報
【特許文献５】特開平５−１６３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の結晶化ガラス物品は、図３に示すように、加熱により、焼成された平滑な平面を意匠面として有するものであり、模様が平面的で深みがない。
【０００６】
また、特許文献２〜５の模様入り結晶化ガラスは、焼成された後は、模様は有しているが、ほぼ平坦なため、鏡面研磨仕上げされ、意匠面がフラットになっている。
【０００７】
このように、従来の結晶化ガラス物品には加熱、焼成だけで結晶化ガラス建材の意匠面に再現性のある明確な模様としての凹凸を設けたものはなかった。従来の結晶化ガラス物品の表面に凹凸をつけるためには、二次的な機械加工などが必要であり、表面に、強度低下をもたらす加工キズによるガラス欠陥が生じるだけでなく、製造コストが高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は、表面にガラス欠陥がない明確な凸状の模様を有する建築用結晶化ガラス物品、及び加熱、焼成により凸状の模様を有する建築用結晶化ガラス物品を製造する製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明に係る建築用結晶化ガラス物品は、表面から内部に向かって針状の結晶が析出した結晶化ガラスよりなる複数のガラス小領域が互いに融着している建築用結晶化ガラス物品であって、前記ガラス小領域には、第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とがあり、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きく、物品の表面に第二小領域による複数の凸状部を有するものである。
【００１０】
本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスが主として熱処理時の粘性に大きく影響するアルカリ土類金属酸化物ガラス成分のうち、結晶相構成成分のＣａＯに対するガラス相構成成分ＢａＯの質量比、すなわちＢａＯ／ＣａＯが０．４以上異なるものであり、結晶相構成成分のＣａＯが多く難流動性の結晶化ガラスよりなる第二小領域が、第一小領域との流動性の差に起因して意匠面に凸状部を形成しているものである。
【００１１】
また、本発明で、第一の結晶化ガラスは、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きいとは、β−ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）の結晶相を構成する成分であるＣａＯと、ガラス相の成分であるＢａＯの含有比が質量基準で０．４以上異なるものであることをいう。一方、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯの差が０．４未満であると、建築用結晶化ガラス物品を製造する際の熱処理温度における第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスとの流動性の差が小さく、意匠面に高さが１〜３ｍｍ程度の凸状部を形成し難くなる。
【００１２】
本発明の建築用結晶化ガラス物品の意匠面としては、十分に流動した第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域同士及び第一小領域同と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とが十分融着しており、軟化変形して僅かに流動した第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域による表面が火造り面である凸状部が複数形成されて意匠面に模様を成しているものである。また、建築用結晶化ガラス物品表面に凸状部が多い場合、林立する凸状部の合間や繋がった凸状部の合間に流動して鏡面になったガラスの表面が僅かにあるという状態になる。一方、物品表面の凸状部が少ない場合、平滑な鏡面のガラス表面から凸状部が間隔を隔てて突出している形態になる。
【００１３】
本発明の建築用結晶化ガラス物品の意匠面に形成される凸状部の高さとしては、１〜３ｍｍであることが好ましい。凸状部の高さが１ｍｍ未満であると、模様として認識され難くなる。一方、凸状部の高さが３ｍｍを超えると、他の物との接触で欠落が生じやすくなる。
【００１４】
本発明の建築用結晶化ガラス物品で、ガラス小領域の表面から内部に向かって析出している針状の結晶としては、建材として要求される強度を有する点及び大理石様の外観を呈する点でβ−ウォラストナイトが好適である。
【００１５】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．８を超えており、第二の結晶化ガラスはＢａＯ／ＣａＯが０．４未満であり、かつ線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内であることを特徴とする。
【００１６】
本発明で、ＢａＯ／ＣａＯが０．８を超えるガラス相の成分が多く熱処理温度における流動性のよい第一の結晶化ガラスと、ＢａＯ／ＣａＯが０．４未満の結晶相成分が多い難流動性の第二の結晶化ガラスとの０．４以上の差を有する二種以上の結晶化ガラスを組み合わせることが、意匠面に第二の結晶化ガラスの小領域よりなる高さが１〜３ｍｍの凸状部を安定して形成する上で重要である。第一の結晶化ガラスが、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．８以下であると、熱処理温度における流動性が不十分となり平滑面を得難くなる。また、第二の結晶化ガラスが、ＢａＯ／ＣａＯが０．４以上であると、熱処理温度における流動性が高くなりすぎて所望する高さの凸状部を安定して形成できなくなる。
【００１７】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第一の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ５〜７％、ＣａＯ ９〜１１％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ １０〜１２％、Ｎａ２Ｏ ２〜３％、Ｋ２Ｏ １〜３％、Ｂ２Ｏ３ ０．３〜０．４％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の建築用結晶化ガラス物品に使用する第一の結晶化ガラスのガラス組成としては、特にＣａＯ ９〜１１％、ＢａＯ １０〜１２％であることが、熱処理時の流動性を向上させる上で重要である。ＣａＯは結晶相としてβ−ウォラストナイトを構成する成分で、ＢａＯはガラス相の成分であり、結晶相とガラス相の比率により熱処理時の流動性が決まる。この場合、ＢａＯ／ＣａＯの質量比は０．９〜１．３になる。
【００１９】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、第二の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ６〜７％、ＣａＯ １４〜１８％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ ４〜５％、Ｎａ２Ｏ ３〜４％、Ｋ２Ｏ ２〜３％、 Ｂ２Ｏ３ ０．３〜１．０％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の建築用結晶化ガラス物品に使用する第二の結晶化ガラスのガラス組成としては、特にＣａＯ １４〜１８％、ＢａＯ ４〜５％であることが、ガラス相に対し結晶相を多くすることで熱処理時の流動性を抑制し、凸状部を形成する上で重要である。この場合、ＢａＯ／ＣａＯの質量比は０．２２〜０．３５になる。
【００２１】
本発明において、各成分の含有量を限定した理由を以下に説明する。
【００２２】
ＳｉＯ２は、表面から内部に向かって針状結晶として析出するβ−ウォラストナイトの成分であり、その含有量は４５〜７５％の範囲内である。ＳｉＯ２が７５％より高いと結晶性ガラスの熔融温度が高くなるとともに、粘度が増大して熱処理時の流動性が悪くなる。一方、４５％より少ないと成型時の失透性が強くなる。本発明では、ＳｉＯ２の含有量は、５９〜６３％であることが好ましい。
【００２３】
Ａｌ２Ｏ３は、失透を抑制する成分であり、その含有量は１〜２５％、好ましくは３〜１５％である。Ａｌ２Ｏ３が２５％より多いと結晶性ガラスの熔解性が悪くなるとともに異種結晶（アノーサイト）が析出し熱処理時の流動性が悪くなり、１％より少ないと失透性が強くなり化学的耐久性も低下する。本発明でＡｌ２Ｏ３の含有量は、５〜７％であることが好ましい。
【００２４】
ＣａＯは、β−ウォラストナイトの成分であり、その含有量は５〜２５％の範囲内、好ましくは８〜２０％である。ＣａＯが２５％よりも多いと失透性が強くなり成形が困難となり、又β−ウォラストナイトの析出量が多くなり過ぎて所望の表面平滑性が得難くなる。一方、５％より少ないとβ−ウォラストナイトの析出量が少なくなり過ぎて機械的強度が低下し、建材として実用に耐えられなくなる。
【００２５】
ＺｎＯは、結晶性ガラスの流動性を促進するために添加する成分であり、本発明ではその含有量は、５〜７％であることが好ましい。
【００２６】
ＢａＯは、天然大理石様の結晶化ガラス物品を得る結晶化工程時の結晶性ガラスの流動性を促進するために添加する成分であり、含有量は２〜２０％である。ＢａＯは、結晶性ガラスの熔解性や流動性を促進させる成分であり２％未満であると、結晶性ガラスの粘性が増大して熱処理時の表面平滑性が得難くなる。一方、ＢａＯも２０％より多いとβ−ウォラストナイトの析出量が少なくなる。このＢａＯは、ＺｎＯの減少分を補足する成分でもある。
【００２７】
Ｎａ２Ｏは、結晶性ガラスの粘性を低下させるアルカリ成分であり、その含有量は１〜１５％、好ましくは１〜１０％である。Ｎａ２Ｏが１５％よりも多いと化学的耐久性が悪くなり、線膨張係数が高くなるために建材として好ましくない。１％より少ないと結晶性ガラスの粘性が増大して熔解性や流動性が悪くなる。本発明ではその含有量は、２〜４％であることが好ましい。
【００２８】
Ｋ２Ｏは、結晶性ガラスの粘性を低下させるアルカリ成分であり、その含有量は０〜７％である。Ｋ２Ｏが７％より多いと化学的耐久性が低下する。本発明ではその含有量は、１〜３％であることが好ましい。
【００２９】
Ｂ２Ｏ３は、結晶化ガラスの熱膨張係数を変化させずに結晶性ガラスの粘性を低下させる成分であり、その含有量は０〜５％である。Ｂ２Ｏ３が５％より多いと結晶化ガラス物品に硼酸系の異種結晶が析出し、流動性を阻害し、特性上も好ましくない。本発明ではその含有量は、０．３〜１．０％であることが好ましい。
【００３０】
Ｓｂ２Ｏ３は、清澄剤として機能する成分であるが、０．１％以下では清澄効果が低下するので、０．１〜０．５％が適量ではある。しかし、０．５％を超える使用は環境上好ましくない。本発明ではその含有量は、０．２〜０．５％であることが好ましい。
【００３１】
凸状部を形成する第二小領域を構成する第二の結晶化ガラスと、十分に流動したガラス成分の多い第一小領域を構成する第一の結晶化ガラスとを識別する方法としては、建築用結晶化ガラス物品の平滑面から突起している凸状部を含む厚み方向にスライスし、凸状部を選択し、切り出して分離し、集めて第二の結晶化ガラスからなる試料とした後、粉砕する。又、十分に流動した平滑部位を選択的に切り出して分離し、集めて、砕いて殆どが第一の結晶化ガラスからなる試料とする。または、建築用結晶化ガラス物品を約３０ｍｍサイズに粗粉砕した後、結晶化の度合いの差により透光性など色合いに差異が生じているものを分別し切り出した後、収集して、第一及び第二の結晶化ガラスの試料とし、これらを既存のガラス成分の分析法を用いて、各部位のガラス組成を質量百分率の値として特定する。それらガラス成分のうちＣａＯとＢａＯの質量比ＢａＯ／ＣａＯを算出する。
【００３２】
また、線膨張係数の測定試料は、分別し収集した第一の結晶化ガラス及び第二の結晶化ガラスをそれぞれ１０００℃以上の温度で再結晶化して形成した後、測定装置で定められた所定の寸法形状に加工して用いる。
【００３３】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０〜８０％であることを特徴とする。
【００３４】
物品表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０％未満であると、意匠面の模様として認識し難いものになる。一方、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が８０％を超えると、殆どの表面が凸状部で占められるので、意匠面として単調な表情になる。また、結晶化ガラスの流動が不十分で強度の点でも使用が困難である。本発明では表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０〜８０％であることが意匠面の明確な模様と強度とを両立させる上で好ましく、好適な模様と強度との調和を図る上で３０〜７０％であると、さらに好ましい。
【００３５】
本発明では表面の面積に対する凸状部の面積の割合を計測する方法として、電子カメラにより撮影した画像を処理することにより、反射光の多い平滑面と乱反射する凸状部とを識別し、面積を割り出してもよいし、特定の倍率で表面を写真撮影して凸状部の輪郭を単位面積当たりの質量がほぼ一定の紙に写し取り、切り出して質量を測定することにより計測してもよい。
【００３６】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、凸状部の平均高さが１ｍｍ以上で、かつ平均径が３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００３７】
意匠面に形成されると凸状部の平均高さが１ｍｍ以上で、かつ平均径が３ｍｍ以上であると、かなり離れた位置からでも模様として認識が容易となる。平均粒径が１０〜２０ｍｍの第二ガラス小体を使用すると、建築用結晶化ガラス物品の意匠面の模様として、平均高さが１ｍｍ以上で平均直径が３ｍｍ以上の大きい凸状部を形成することが容易となる。
【００３８】
凸状部の平均高さは、ノギス等に付属する簡易深さゲージや専用の深さゲージ等により複数の凸状部を測定して、平均値を算出してもよいし、投影機などを使用して側面側から複数の凸状部に順次焦点を合わせながら平滑面からの高さをマイクロメータ付き移動テーブルや、撮像で測定してもよい、また破壊測定になるが、建築用結晶化ガラス物品の厚さ方向に凸状部の頂点を残してスライスし、ノギス、マイクロメータ付き移動テーブル等の既存の方法で測定してもよい。測定点数は多いほどよいが、少なくとも１０点以上測定することが好ましい。
【００３９】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品は、遷移金属酸化物の着色剤によって着色されてなることを特徴とする。
【００４０】
本発明では、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３等の遷移金属酸化物の着色剤によって着色されて、ベージュ、グレーなどを発色する建築用結晶化ガラス物品となる。
【００４１】
本発明に係る建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する混合工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部が形成される温度範囲で熱処理する焼成工程とを有する。
【００４２】
本発明で、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを使用するとは、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状のβ−ウォラストナイトが析出する結晶化ガラスよりなる二種類のガラス小体で、第一の結晶性ガラスと第二の結晶性ガラスのガラス組成が、質量比ＢａＯ／ＣａＯに０．４以上の差があり、熱処理温度において流動性に差が現れて、第二ガラス小体が物品の表面に凸状部を形成することを意味している。
【００４３】
本発明で混合工程としては、強度及び耐候性等の所要の性能を有する建築用結晶化ガラス物品が得られ範囲で、第一ガラス小体の多数個と第二ガラス小体の多数個とを混合するものである。第一ガラス小体が多すぎる場合には、第二ガラス小体による凸状部が少なく、また埋没しやすくなり識別可能な高さの凸状模様が形成され難くなる。一方、第二ガラス小体が多すぎる場合には、意匠面に第一ガラス小体による平滑面が形成されず、単調な粗面となり、また流動不足のため焼結が不十分となり、強度不足の虞も生じる。
【００４４】
本発明で焼成工程としては、自由表面が鏡面になる程度に第一ガラス小体が十分に流動して融着し、結晶化する温度範囲であり、かつ第二ガラス小体の粘度が第一ガラス小体よりも高く、僅かに流動して結晶化し、表面が火造り面である高さが１〜３ｍｍの凸状部が形成される温度範囲で熱処理するものである。
【００４５】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、混合工程において、第一ガラス小体の多数個と、ガラス小体の集積体を１時間保持すると自由表面が平滑面になる平滑化温度が第一ガラス小体よりも５０℃以上高く、かつ結晶化後の線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内である第二ガラス小体の多数個とを混合することを特徴とする。
【００４６】
本発明で建築用結晶化ガラス物品の製造に用いる結晶性のガラス小体としては、前記第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体と、第一ガラス小体よりも５０℃以上高い平滑化温度を有し、同様の結晶性を有する前記第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体とを使用することが、意匠面に凸状部を形成する上で重要である。本発明で平滑化温度とは、耐火性容器内に、平均粒径が２〜４ｍｍの結晶が析出する前のガラス小体を約１０ｍｍの高さに敷き詰めて集積した集積体を形成し、この集積体を加熱してゆき、１時間保持するとガラス小体が互いに融着し流動して表面から内部に向かって針状の結晶を析出しつつ耐火容器と接触していない自由表面にガラス小体に起因する凹凸がなくなりガラス光沢を有する平滑面になる温度をいう。建築用結晶化ガラス物品に使用される第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスの平滑化温度の差が５０℃未満であると、焼成工程において第一の結晶性ガラスが流動、融着し、かつ第二ガラス小体も、ほぼ流動してしまい、高さ１〜３ｍｍの凸模様を形成することが困難である。また、第一の結晶化ガラスと第二の結晶化ガラスの線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋを超えると、熱処理後の冷却中や、その後に、残留応力に起因して破壊が生じる虞がある。
【００４７】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、混合工程において、第二ガラス小体の混合割合を１５〜８５質量％にすることを特徴とする。
【００４８】
本発明で、第一ガラス小体に対して第二ガラス小体の割合を多くすることで、建築用結晶化ガラス物品表面に、多くの凸状部を林立させることができ、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が多い意匠面になる。この場合、第二ガラス小体が軟化変形して僅かに流動した後に結晶化した表面が火造り面である高さ１〜３ｍｍの凸状部の合間に第一ガラス小体が流動して鏡面になったガラス表面が僅かにあるという状態になる。一方、第一ガラス小体に対して第二ガラス小体の割合を少なくすると、表面の面積に対する凸状部の面積の割合が少ない意匠面になる。この場合、第一ガラス小体が流動して鏡面になった平滑なガラス表面に、第一ガラス小体間隔をおいて凸状部が突起している状態になる。第二ガラス小体の割合が、１５質量％未満であると、模様として認識し難いものになる。一方、第二ガラス小体の割合が８５質量％を超えると、意匠面に第一ガラス小体による平滑面が殆ど形成されず、表面が凸状部のみで占められた粗面となって単調な表情になり、意匠性の点、及び僅かしか流動していない第二ガラス小体に起因する強度の点で使用が困難である。本発明では第二ガラス小体の混合割合が１５〜８５質量％であることが、意匠面の明確な模様と、強度とを両立させる上で好ましい。さらに、好ましくは好適な模様と強度との調和を図る上で２０〜８０質量％である。
【００４９】
また、本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、平均粒径が１０〜２０ｍｍの第二ガラス小体を使用することが好ましい。
【００５０】
平均粒径が１０〜２０ｍｍの第二ガラス小体を使用することで、建築用結晶化ガラス物品の意匠面に、平均高さが１ｍｍ以上で平均直径が３ｍｍ以上の模様として認識され易い凸状部を形成することが容易となる。
【発明の効果】
【００５１】
上記本発明の建築用結晶化ガラス物品は、表面から内部に向かって針状の結晶が析出した結晶化ガラスよりなる複数のガラス小領域が互いに融着している建築用結晶化ガラス物品であって、前記ガラス小領域には、第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とがあり、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きく、物品の表面に第二小領域による複数の凸状部を有するので、表面が火造り面であり、かつ表面から内部に向かって針状の結晶が析出した複数の凸状部による模様が形成された新たな意匠面と、所要の実用強度等の性能を兼ね備える建築用結晶化ガラス物品を提供することができる。
【００５２】
本発明の建築用結晶化ガラス物品の製造方法は、軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する混合工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部が形成される温度範囲で熱処理する焼成工程とを有するので、火造り面の複数の凸状部による模様が形成された新たな意匠面と、実用強度等の性能とを兼ね備える上記本発明の建築用結晶化ガラス物品を効率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明の建築用結晶化ガラス物品及びその製造方法の実施形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【００５４】
耐火物製の平板（棚板：一辺１１２０ｍｍ×他辺１４００ｍｍ×厚さｔ２２ｍｍ）に離型材としてＡｌ２Ｏ３の粉末を水に分散させたスラリーを耐火物表面に塗布する。予めＡｌ２Ｏ３が塗布された耐火物の角材（一辺３０ｍｍ×他辺３０ｍｍ×長さ１２００ｍｍと一辺３０ｍｍ×他辺３０ｍｍ×長さ９００ｍｍ）の各一対を矩形容器状の収容部が棚板の上に形成される配置にセットする。
【００５５】
質量％でＳｉＯ２ ６０％、Ａｌ２Ｏ３ ６．５％、Ｂ２Ｏ３ ０．３％、ＣａＯ １０％、ＺｎＯ ６．６％、ＢａＯ １１％、Ｎａ２Ｏ ３％、Ｋ２Ｏ ２．３％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．３％の組成を含有し、質量比ＢａＯ／ＣａＯが１．１である結晶性ガラスよりなり、平滑化温度が１０８０℃と低い第一ガラス小体Ｌと、質量％でＳｉＯ２ ５９％、Ａｌ２Ｏ３ ６．５％、ＣａＯ １７％、ＺｎＯ ６．５％、ＢａＯ ４％、Ｋ２Ｏ ２．５％、Ｎａ２Ｏ ３．５％ Ｂ２Ｏ３ ０．５％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．５％の組成を含有し質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．２４である結晶性ガラスよりなり、平滑化温度が１１４０℃と第一ガラス小体Ｌよりも６０℃高い第二ガラス小体Ｈとを質量比でＬ：Ｈ＝２：８で混合した。第一ガラス小体Ｌの結晶化した後の線膨張係数は６６×１０−７／Ｋで、第二ガラス小体Ｈが熱処理されて結晶化した後の線膨張係数は６０×１０−７／Ｋであり、線膨張係数の差は６×１０−７／Ｋである。また、第一ガラス小体Ｌの粒径は２〜４ｍｍで平均粒径は約３ｍｍであり、第二ガラス小体Ｈの粒径も２〜４ｍｍで平均粒径は約３ｍｍである。
【００５６】
セットされた耐火物の型枠内に混合された２種類のガラス小体Ｈ、Ｌを最終製品厚み１５ｍｍ換算の重量を秤量し、型枠内に敷き詰め、充填する。次ぎに、焼成炉（ローラーキルンなど）に耐火物型枠ごと投入し、平滑化温度の低いガラス小体Ｌが十分流動する最高温度１０８０℃で約１時間キープした後、徐々に温度を下げて冷却する。
【００５７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、出来上がりの建築用結晶化ガラス物品１は、意匠面１ａに凸状部１ｃが面積比で約７０％と多く、鏡面の平滑部１ｄが少ない表情となった。凸状部１ｃを１０点測定した平均高さは２．１ｍｍで、平均径は約４ｍｍであった。凸状部１ｃは表面が火造り面であり、かつ表面から内部に向かって針状の結晶が析出しているので、独特の新たな意匠面を実現しており、かつ結晶が析出により所要の実用強度等の性能を兼ね備える建築用結晶化ガラス物品になっている。
【実施例２】
【００５８】
次ぎに、ＮｉＯよりなる着色剤を０．１質量％加えて着色された平滑化温度の低い第一ガラス小体Ｌと、平滑化温度の高い第二ガラス小体Ｈを、Ｌ：Ｈ＝８：２で混合し、実施例１と同様な処理を施して、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すベージュ色を呈する建築用結晶化ガラス物品２を作製した。
【００５９】
結晶化ガラス物品２は、全体的に鏡面の平滑部２ｄが多い意匠面２ａに凸状部２ｃが面積比で約１３％と少ない表情となった。凸状部２ｃを１０点測定した平均高さは１．６ｍｍで、平均径は４ｍｍあった。２種類のガラスの混合割合を変えることにより、凸状部２ｃの程度をコントロールすることができた。
【００６０】
上記の線膨張係数は、ブルカー・エイエックスエス株式会社製ディラトメータにて３０〜３８０℃の線膨張係数を測定した。また、各結晶性ガラスの平滑化温度は、アルミナを塗布した内寸が５０ｍｍ×１００ｍｍの耐火物の型枠内に、約７０ｇの平均粒径２〜４ｍｍのガラス小体を入れて集積し、電気炉で１０００℃以上の高温に加熱し、１時間保持すると自由表面の凸部がなくなり、ガラス光沢を有する平滑面になる温度を平滑化温度として測定した。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、小体の流動性の差異に起因する凸状の模様による新規な建築用物品とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（Ａ）は本発明の建築用結晶化ガラス物品の意匠面の写真、（Ｂ）は（Ａ）の側面側から意匠面を見た写真。
【図２】（Ａ）他の建築用結晶化ガラス物品の意匠面の写真、（Ｂ）は（Ａ）の側面側から意匠面を見た写真。
【図３】従来の建築用結晶化ガラス物品の側面側から意匠面を見た写真。
【符号の説明】
【００６３】
１、２ 建築用結晶化ガラス物品
１ａ、２ａ 意匠面
１ｂ、２ｂ 側面
１ｃ、２ｃ 凸状部
１ｄ、２ｄ 平滑部
３ 従来の建築用結晶化ガラス物品
３ａ 意匠面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から内部に向かって針状の結晶が析出した結晶化ガラスよりなる複数のガラス小領域が互いに融着している建築用結晶化ガラス物品であって、
前記ガラス小領域には、第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とがあり、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きく、物品の表面に第二小領域による複数の凸状部を有する建築用結晶化ガラス物品。
【請求項２】
第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．８を超えており、第二の結晶化ガラスはＢａＯ／ＣａＯが０．４未満であり、かつ互いの線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内であることを特徴とする請求項１に記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項３】
第一の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ５〜７％、ＣａＯ ９〜１１％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ １０〜１２％、Ｎａ２Ｏ ２〜３％、Ｋ２Ｏ １〜３％、Ｂ２Ｏ３ ０．３〜０．４％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項４】
第二の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ６〜７％、ＣａＯ １４〜１８％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ ４〜５％、Ｎａ２Ｏ ３〜４％、Ｋ２Ｏ ２〜３％、 Ｂ２Ｏ３ ０．３〜１．０％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項５】
表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０〜８０％であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項６】
凸状部の平均高さが１ｍｍ以上で、かつ平均径が３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項７】
遷移金属酸化物の着色剤によって着色されてなることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項８】
軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する混合工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部が形成される温度範囲で熱処理する焼成工程とを有する建築用結晶化ガラス物品の製造方法。
【請求項９】
混合工程において、第一ガラス小体の多数個と、ガラス小体の集積体を１時間保持すると自由表面が平滑面になる平滑化温度が第一ガラス小体よりも５０℃以上高く、かつ結晶化後の線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内である第二ガラス小体の多数個とを混合することを特徴とする請求項８に記載の建築用結晶化ガラス物品の製造方法。
【請求項１０】
混合工程において、第二ガラス小体の混合割合を１５〜８５質量％にすることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の建築用結晶化ガラス物品の製造方法。
【請求項１】
表面から内部に向かって針状の結晶が析出した結晶化ガラスよりなる複数のガラス小領域が互いに融着している建築用結晶化ガラス物品であって、
前記ガラス小領域には、第一の結晶化ガラスよりなる第一小領域と第二の結晶化ガラスよりなる第二小領域とがあり、第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第二の結晶化ガラスよりも０．４以上大きく、物品の表面に第二小領域による複数の凸状部を有する建築用結晶化ガラス物品。
【請求項２】
第一の結晶化ガラスはガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが０．８を超えており、第二の結晶化ガラスはＢａＯ／ＣａＯが０．４未満であり、かつ互いの線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内であることを特徴とする請求項１に記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項３】
第一の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ５〜７％、ＣａＯ ９〜１１％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ １０〜１２％、Ｎａ２Ｏ ２〜３％、Ｋ２Ｏ １〜３％、Ｂ２Ｏ３ ０．３〜０．４％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項４】
第二の結晶化ガラスは、質量％でＳｉＯ２ ５９〜６３％、Ａｌ２Ｏ３ ６〜７％、ＣａＯ １４〜１８％、ＺｎＯ ５〜７％、ＢａＯ ４〜５％、Ｎａ２Ｏ ３〜４％、Ｋ２Ｏ ２〜３％、 Ｂ２Ｏ３ ０．３〜１．０％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．２〜０．５％の組成を含有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項５】
表面の面積に対する凸状部の面積の割合が１０〜８０％であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項６】
凸状部の平均高さが１ｍｍ以上で、かつ平均径が３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項７】
遷移金属酸化物の着色剤によって着色されてなることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の建築用結晶化ガラス物品。
【請求項８】
軟化点より高い温度で熱処理すると、軟化変形しながら表面から内部に向かって針状の結晶が析出する第一の結晶性ガラスよりなる第一ガラス小体の多数個と、ガラス成分の質量比ＢａＯ／ＣａＯが第一の結晶化ガラスよりも０．４以上小さく同様に結晶を析出する第二の結晶性ガラスよりなる第二ガラス小体の多数個とを混合する混合工程と、第一ガラス小体が流動して融着し、かつ第二ガラス小体が僅かに流動して物品の表面に凸状部が形成される温度範囲で熱処理する焼成工程とを有する建築用結晶化ガラス物品の製造方法。
【請求項９】
混合工程において、第一ガラス小体の多数個と、ガラス小体の集積体を１時間保持すると自由表面が平滑面になる平滑化温度が第一ガラス小体よりも５０℃以上高く、かつ結晶化後の線膨張係数の差が７×１０−７／Ｋ以内である第二ガラス小体の多数個とを混合することを特徴とする請求項８に記載の建築用結晶化ガラス物品の製造方法。
【請求項１０】
混合工程において、第二ガラス小体の混合割合を１５〜８５質量％にすることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の建築用結晶化ガラス物品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−９５４２８（Ｐ２０１０−９５４２８Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９７４８（Ｐ２００８−２６９７４８）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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