JPH02255547A - 複層結晶化ガラス材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建材や壁材等として使用される結晶化ガラス
材に関する。

（従来の技術） 近年、天然石材やガラス材とは質感のやや異なる結晶化
ガラス材が内外装材として多方面で使用されつつある。

前記結晶化ガラス材の好適な製造方法として、特願昭６
１−２９１２０３号において開示されているように、低
軟化点ガラス粉末および高軟化点ガラス粉末からなる混
合粉末に有機バインダー（例えば、ポリビニルアルコー
ル）を添加して混合した後、これを成形用金型に入れて
常温で加圧成形（常温加圧成形）し、得られたガラス船
末成形体に緻密化促進および結晶化のための熱処理（結
晶化熱処理）を施す方法がある。この場合、結晶化熱処
理の前段階で３００〜４００°Ｃで数十時間加熱処理さ
れて脱バインダー処理がなされる。一方、有機バインダ
ーを用いることなく、混合粉末を成形用金型に入れて、
低軟化点ガラス粉末の軟化点以上でかつ高軟化点ガラス
粉末の軟化点以下の温度で緻密化しつつ加圧成形（熱間
加圧成形）し、得られたガラス粉末成形体に結晶化熱処
理を施す方法がある。

この方法によれば、低軟化点ガラス粉末がバインダーと
しての作用をなすため、有機バインダーの添加が不要と
なり、またガラス粉末の緻密化の過程で粉末の間に存在
した空気は未軟化の高軟化点ガラス粉末等の粒子表面に
沿って外部へ容易に排出され、気泡や気孔のほとんど存
在しない極めて緻密な結晶化ガラス材が容易に得られる
という利点がある。

（発明が解決しようとする課題） 前記加圧成形法により製造された結晶化ガラス材は緻密
で、研摩により良好な光沢が得られ、外内装用建材とし
て優れた品質を有する。しかも、ｌｍＸ１ｍ程度の大形
の定寸材料も容易に製造することができるという利点が
ある。そして、定寸外材を必要とする場合は、出荷時あ
るいは施工時に定寸材より高速カッターを用いて適宜切
断して使用される。

しかしながら、第３図に示すように、結晶化ガラス材２
１を高速切断する時に切断用回転歯２２の抜ける下面よ
り切断方向に沿って局部的欠損２３が入り易いという問
題がある。前記下面は回転歯２２の外周との間隔が小さ
くなっており、クランクが入り易く、このクラックが進
展して欠損に到るものと考えられる。

尚、結晶化ガラス材の裏面には、通常、破損時に同材の
細片が飛散するのを防止するために、合成樹脂皮膜が被
着されるが、かかる皮膜が形成されていても、前記欠損
を防止することはできない。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、高速切断
しても切断端面に局部的欠損の生じない結晶化ガラス材
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明の結晶化ガラ
ス材は、低軟化点ガラス粉末と高軟化点ガラス粉末とが
低軟化点ガラス粉末の軟化融着後に融着一体化し結晶化
してなる結晶化ガラス材で形成された表層と、低軟化点
ガラス粉末と高融点結晶性酸化物粉末とが融着一体化し
結晶化してなる結晶質ガラス材で形成された裏層とが融
着一体化してなることを発明の構成とするものである。

この際、前記低軟化点ガラス粉末は主成分が重量％で ５ｔ（ｈ　：　６５〜８０％　　　　　ＣａＯ：５〜１
５％ＮａｚＯ＋ＫｇＯ：　１０〜３０％　　ＭｇＯ：１
０％以下Ａｌｔｏｓ　　：１０％以下 であり、前記高軟化点ガラス粉末は主成分が重量％で ５ｉ（ｈ　：　６５〜８０％　　　　　Ａ１ｚＯ＋　　
：２５％以下ＮａｔＯ十に２０：５〜１５％ であるものを使用するのがよい。

（作　用） 表層の結晶化ガラス材は、低軟化点ガラス粉末と高軟化
点ガラス粉末とが低軟化点ガラス粉末の軟化融着後に融
着一体化し、結晶化したものであるから、低軟化点ガラ
ス粉末同士の軟化融着時に、ガラス粉末の間に存在した
空気は未軟化状態の高軟化点ガラス粉末の粒子表面に沿
ってガラス粉末の外部へ排出される。このため、両ガラ
ス粉末の融着体中には気泡が残留し難く、その結果、本
発明の結晶化ガラス材中には、気泡や気孔が可及的に排
除されたものとなる。

本発明で特に例示した低軟化点ガラス粉末は通常のソー
ダ石灰ガラスの組成であり、一方、高軟化点ガラス粉末
は、ＳｉＯ□含有量を低軟化点ガラス粉末と同範囲とし
たものであるので、低軟化点ガラス粉末の軟化点以上で
かつ同粉末の結晶化開始温度以下の温度でも軟化融着し
た低軟化点ガラス粉末から未軟化状態の高軟化点ガラス
粉末へＮａやに等の網目修飾イオンの拡散移行が起こり
易い。

その結果、高軟化点ガラス粉末の成分拡散域は軟化温度
が降下し、軟化融着した低軟化点ガラス粉末と高軟化点
ガラス粉末とは融着一体化し易い。

前記低軟化点および高軟化点ガラス粉末の生成分限定理
由を下記に示す。単位は重量％である。

０低軟化点ガラス粉末 Ｓｉｎｇ　：　６５〜８０％ ６５％未満では結晶が析出し難く、一方８０％を越える
と軟化点が高くなり、熱処理において高温加熱が必要と
なり、製造上好ましくない。

ＣａＯ：　５〜１５％ ５％未満では軟化点が高くなり、一方１５％を越えると
結晶が析出しにくくなる。

Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：　１０〜３０％ １０％未満では軟化点が高くなり、一方３０％を越える
と結晶が析出しにくくなる。

Ｍｇｏ：１０％以下 １０％を越えると結晶が析出しにくくなる。尚、２％以
上にすることにより、ＳｉＯ□結晶の成長が遅くなり、
十分な軟化融着による緻密化が行われ易くなる。

ＡＺｚＯａ　　：１０％以下 Ａ１ｔ０３は含有量が増えるほど軟化点が高くなるので
１０％以下にするのがよい。

０高軟化点ガラス粉末 Ｓｉｎｇ　：　６５〜８０％ ６５％未満ではＳｉｎ、結晶は析出し難く、一方８０％
を越えると軟化点が高くなり過ぎ、低軟化点ガラス粉末
との成分の拡散が起こりにくくなる。

ＩＪ、０．　　：２５％以下 Ｍ、０３はガラス軟化点を上昇させる作用をなすが、２
５％を越えるとＳｉＯ□結晶が析出しにくくなる。

ＮａｚＯ＋ＫｚＯ：　５〜１５％ ５％未満では軟化点が高くなり過ぎ、低軟化点ガラス粉
末との成分の拡散が起こりにくくなる。

一方、１５％を越えると軟化点が低くなり過ぎ、軟化温
度が低軟化点ガラス粉末の結晶化開始温度以下になるお
それが出てくる。

低軟化点および高軟化点ガラス粉末の主成分は以上の通
りであり、その他、物性を低下させない範囲で適宜のガ
ラス成分の含有が許容されるが、適正な物性を保持する
には主成分の合計が９０％以上とするのがよい。

次に、裏層を形成する結晶質ガラス材についてその作用
を説明する。該結晶質ガラス材は結晶が多量に存在し、
非晶質のガラス部分が少量しか存在しない材質であり、
結晶部分がクラックの進展を阻止する作用をなす。結晶
化ガラス材に生じるクラックは、非晶質のガラス部分に
発生し、同部分内を進展するものと考えられる。このた
め、クラックの発生起点となる裏面を結晶質ガラス材で
被覆することによりクランクの発生およびその後の進展
、欠損形成を有効に防止することができる。

前記結晶質ガラス材は前記低軟化点ガラス粉末と高融点
結晶性酸化物粉末とを融着一体化、および結晶化するこ
とにより得られ、高融点結晶性酸化物としては、低軟化
点ガラスと融着し易（、融着部に結晶が成長し易いもの
ならいずれのものでも利用することができる。

（実施例） 第１図は本発明に係る複層結晶化ガラス材の断面図を示
しており、緻密で光沢を有し、高強度の結晶化ガラス材
で形成された表層１と、耐欠損性に優れた結晶質ガラス
材で形成された裏層２とが融着一体化されている。尚、
裏層２の下面には、既述の通り、必要に応じて飛散防止
用の合成樹脂皮膜が被着形成される。

前記表層ｌの結晶化ガラス材を形成するための好適な低
軟化点ガラス粉末および高軟化点ガラス粉末の主成分に
ついては既述の通りであるが、後者はそのガラス軟化点
が８００°Ｃ程度以上となるように成分を調整すること
が望ましい。低軟化点ガラス粉末は、通常のソーダ石灰
ガラスの組成であり、軟化点が６００〜７５０℃、結晶
化開始温度が８００℃程度以下だからである。

尚、ガラス粉末は、所期組成のガラスを溶製し、これを
水砕し、更に粉砕することによって得られるが、低軟化
点ガラス粉末原料としてはソーダ石灰ガラスのカレット
を利用すればよく、また、高軟化点ガラス粉末について
も、パーライト（真珠岩）を粉砕したものを使用するこ
とができる。パーライトはＡＩ、０．を十数％含有して
おり、軟化点が９００°Ｃ程度以上あるうえ、骨材等と
して市場に多量に供給され、入手が容易であり、経済性
に優れる。

低軟化点および高軟化点ガラス粉末の粒度は、粒度が小
さいほど、またその量が多いほど低軟化点ガラス粉末同
士の軟化融着が容易となり、ひいてはガラス粉末成形体
の緻密化および結晶化が促進される。このため、ガラス
粉末の粒度は、２００メツシユ以下の粉末を８０％以上
（好ましくは９０％以上）占めるようにしておくことが
望ましい。

前記低軟化点ガラス粉末と高軟化点ガラス粉末との表層
用の混合粉末における低軟化点ガラス粉末の配合割合は
２０〜９０重量％となるようにすることが望ましい。２
０％未満では高軟化点ガラス粉末等との軟化融着不足、
ガラス粉末成形体の緻密化不足を招来する。また結晶量
が不足し、強度が低下する。一方、９０％を越えると熱
処理時のガラス粉末成形体の形状保持が不十分となり、
また該成形体中の気泡の排出作用が不足する。

尚、混合粉末に金属酸化物の着色剤（通常、２００メツ
シユ以下の微粉が使用される。）を添加混合した添加混
合粉末を使用することによって、着色結晶化ガラス材の
製造が可能である。着色剤は、結晶化ガラス材に要求さ
れる物性（特に強度）を低下させない範囲で添加される
が、その添加量の一例を下記に示す。添加量は添加混合
粉末に対するものであり、単位は重量％である。

ＣｒｚＯｓ　、ＣｕＯ、Ｍｎ０ｚ　　”・１％以下Ｃｏ
Ｏ・・・３％以下 ＦｅＯ、Ｆｅｘ０４　、Ｆｅｔ０３・−ｔｏ％以下複層
結晶化ガラス材の裏層２の結晶質ガラス材を形成するた
めの低軟化点ガラス粉末は表Ｎ１のものと同様のものが
使用される。一方、高融点結晶性酸化物粉末としては、
既述の通り、低軟化点ガラス粉末と融着容易で、融着部
に結晶が容易に成長するもの、例えばアルミナ粉末、５
ｉｆｔ（珪石）粉末、カオリン粉末、長石粉末等を利用
することができる。特に、アルミナ粉末は融着部に結晶
が発生、成長し易く、入手も容易なため好適である。

アルミナの純度については高純度のものは要求されない
。

また、高融点結晶性酸化物粉末の粒径は、前記高軟化点
ガラス粉末のように微細なものでな（でもよい。高融点
結晶性酸化物粉末の配合量が多い程、また粒径が大きい
程、結晶質ガラス材中の一微細気孔量が増加するが、気
孔の存在はクラックの進展を防止する作用を有するため
、裏層材として特に気孔を除去しなければならない理由
はない。

尚、結晶質ガラス材も気孔が無く、緻密な程、強度が高
いので、裏層２をクランクの発生、進展防止のためのみ
ならず、強度部材としての機能も併有させる場合は、微
細粒を使用すればよい。

低軟化点ガラス粉末と高融点結晶性酸化物粉末との配合
割合は、低軟化点ガラス粉末が多量に存在すると非晶質
のガラス部分が相当量残存するようになり、欠損防止効
果が失われるので、高融点結晶性酸化物粉末は、低軟化
点ガラス粉末との裏層用混合粉末の全量に対して１０〜
６０重量％程度配合するのがよい。１０％未満では結晶
量が不足し、一方６０％を越えると低軟化点ガラス粉末
による融着一体止が困難となり、強度の低下が著しくな
る。

裏層材の耐クラツク性を調べるため、第１表に示した組
成の低軟化点ガラス粉末およびアルミナ粉末を用いて、
第２表に示すように種々の配合比の混合粉末を調整し、
熱間加圧成形法により、　３００ｍｍ角×１８閣厚の結
晶質ガラス材試料を製作し、回転歯による高速切断試験
に供した。成形条件は、熱間加圧成形温度７２０’Ｃ〜
７３０″Ｃ１結晶化温度８００’ＣＸ　１０Ｈｒである
。また、切断試験に使用した回転歯は直径３６０　ｍｍ
のダイヤモンド砥粒メタルボンド円盤砥石であり、切断
条件は回転数１７４０ＰＰＭ　、送り速度０．７５ｍ／
分とした。また、試料の曲げ強度、吸水率（気孔率の目
安となる）、５ｏ″Ｃがら５００″Ｃにおける熱膨張率
も同時に調べた。これらの結果を第２表に併せて示す。

第１表 Ｑの単位１％ Ｇ材：低軟化点ガラ、ス扮末 Ａ材：アルミナ粉末 第２表 （注）Ｇ材の平明上３μｍ（２００メツシユ以下ｇ７治
第２表より、曲げ強度や吸水率に拘らず、混合粉末中の
Ａ付記合量が１０〜５０％のものは良好な耐クラツク性
を有することが知られる。もっとも、Ａ材が７０％のＮ
α９では強度の低下が著しく、実用的でない。

裏層２の厚さは、クランク発生、進展防止のためには１
ｍｍ程度有れば十分であるが、製造の容易性を考慮する
と、３〜５鵬程度とするのがよい。

尚、裏層２は複層材の全厚の９５％程度まで設けてもよ
い。もっとも裏層を厚くする場合は、裏層材として表層
材と同程度以上の高強度、緻密材を用いる必要がある。

また、表層１と裏層２とは後述のように一体的に加圧成
形、結晶化され、融着および結晶化により一体化される
が、両層１，２の熱膨張率が著しく異なると、境界部に
剥離が生じ易くなるため、熱膨張率の差が±ｌＸｌ０−
”／’Ｃの範囲に止めておくのがよい。熱膨張率の調整
は、例えば裏層材におけるアルミナ粉未配合量を調整す
ることによって行うことができる。

本発明の複層結晶化ガラス材を製造するには、以上説明
した表層用および裏層用の混合粉末を調製した後、第２
図に示すように、いずれか一方の混合粉末（通常は表層
用混合粉末）１１を成形用金型１３に散布装填し、その
上に他方の混合粉末１２を散布装填した後、上型１４を
嵌入し、常温加圧成形もしくは熱間加圧成形した後、結
晶化熱処理を施すことによって製造される。加圧圧力は
、常温加圧成形では１００〜２００Ｋｇｆ／ｃＩＩＮ程
度、熱間加圧成形では３〜５０Ｋｇｆ／ｃｆｆｌ程度で
よい。また、熱間加圧成形を行う場合、緻密化温度は、
通常、６００〜８００″Ｃとされる。結晶化熱処理は、
ガラス粉末成形体を８００〜９５０°Ｃで３〜３０Ｈｒ
保持することによって行われる。結晶化熱処理において
、高軟化点ガラス粉末や高融点結晶性酸化物粉末は未軟
化状態であるため骨材としての役目を果たすので、ガラ
ス粉末成形体を単独で熱処理しても形部れの生じるおそ
れはない。尚、常温加圧成形を行う場合、混合粉末に有
機バインダーを添加することや結晶化熱処理前に脱バイ
ンダー処理を行うことは既述の通りである。

次に具体的実施例について説明する。

（１）第３表に示した組成（ｗｔ％）の表層用粉末を各
種調製した。Ｇ、　　Ｐ材の粉末の平均粒径は１３μｍ
　（２００メツシユ以下の粉末が９７％）とした。

尚、低軟化点ガラス粉末（Ｇ材）の原料としてカレット
、高軟化点ガラス粉末（Ｐ材）の原料としてパーライト
を利用した。

第３表 （注）Ｇ材・・・低軟化点ガラス粉末 Ｐ材・・・高軟化点ガラス粉末 （２）第４表の配合により表層用混合粉末を調整すると
共に既述の第２表に記載した所定の裏層用混合粉末を用
いて、第４表の熱間加圧成形条件によって、９００　Ｘ
　９００ｍｍ、全層厚さ２０ｍｍ　（裏層３〜５閣）の
複層ガラス粉末成形体を製造した。

尚、比較のため、裏層を設けていないガラス粉末成形体
も同時に製作した。

第４表 （３）熱間加圧成形後、ガラス粉末成形体を成形用金型
から取り出して、６００°Ｃに保持した加熱炉に挿入し
均熱した後、実施例１〜３については８００″Ｃに昇温
し、１０時間保持して結晶化を図った後、徐冷した。一
方、比較例については９００°Ｃに昇温し、４時間保持
後、徐冷した。

（４）得られた板状結晶化ガラス材の曲げ強度を調べた
ところ下記の通りであった。尚、試験片の厚さは１５ｍ
ｍとし、実施例では表層１２ｍｍ、裏層３間とした。実
施例は表裏側より荷重を作用させた。

実施例１・・・５８１　　Ｋｇｆ／ｃｆｆｌ、実施例２
・・・５２３　　Ｋｇｆ／ＣＴＭ、比較例・・・　５６
０　　Ｋｇｆ／ｃ１１１また、実施例１および２の表層
並びに比較例の結晶化ガラス材の熱膨張率を測定したと
ころ９．８　Ｘｌ０−”／”Ｃであった。

（５）実施例、比較例の結晶化ガラス材を切断試験に供
した。５ｍｍ以上のクランク発生率を下記に示す。実施
例１および２の複層結晶化ガラス材の欠損の発生率は１
２％以下であったが、比較例の単層のものでは４８％と
高率であった。尚、切断条件は第２表の場合と同様どし
た。

実施例１・・・１２％ 実施例２・・・　７％ 比較例・・・　４８％ （発明の効果） 以上説明した通り、本発明の複層結晶化ガラス材は、緻
密で光沢に冨んだ結晶化ガラス材で表層を形成し、その
裏面に低軟化点ガラス粉末と高融点結晶性酸化物粉末と
が融着一体止し結晶化してなる結晶質ガラス材で形成さ
れた裏層を融着一体止したので、裏層中に存在する多量
の結晶がクラックの発生、進展を阻止し、切断面にクラ
ンクの進展により欠損が生じるのを有効に防止すること
ができる。

また、表層の形成に際し、安価で入手容易かつ融着し易
い特定組成の低軟化点および高軟化点ガラス粉末を用い
ることにより、生産性、経済性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複層結晶化ガラス材の部分断面図、第
２図は複層ガラス粉末成形体の成形状態を示す成形用金
型の断面図、第３図は結晶化ガラス材の切断状態を示す
部分断面図を示す。 ｌ・・・表層、２・・・裏層。 第 第 第 図 図 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）低軟化点ガラス粉末と高軟化点ガラス粉末とが低
   軟化点ガラス粉末の軟化融着後に融着一体化し結晶化し
   てなる結晶化ガラス材で形成された表層と、低軟化点ガ
   ラス粉末と高融点結晶性酸化物粉末とが融着一体化し結
   晶化してなる結晶質ガラス材で形成された裏層とが融着
   一体化してなることを特徴とする複層結晶化ガラス材。
2. （２）低軟化点ガラス粉末は主成分が重量％でＳｉＯ＿
   ２：６５〜８０％ＣａＯ：５〜１５％Ｎａ＿２Ｏ＋Ｋ＿
   ２Ｏ：１０〜３０％ＭｇＯ：１０％以下Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ：１０％以下 であり、 高軟化点ガラス粉末は主成分が重量％で ＳｉＯ＿２：６５〜８０％Ａｌ＿２Ｏ＿３：２５％以下
   Ｎａ＿２Ｏ＋Ｋ＿２Ｏ：５〜１５％ であることを特徴とする請求項（１）の複層結晶化ガラ
   ス材。
3. （３）高融点結晶性酸化物粉末がアルミナ粉末である請
   求項（１）に記載の複層結晶化ガラス材。