卫生陶瓷的制作方法

专利名称：卫生陶瓷的制作方法
技术领域：
本发明涉及洗手盆、洗脸盆、小便器、大便器、便器箱(toilettanks)、便器滤网(toilet strainers)等卫生陶器。
背景技术：
洗手盆、洗脸盆、小便器、大便器、便器箱、便器滤网等卫生陶器等是生活用品，因此要求其具有无论多重的人把体重压上去以后都能放心使用的机械强度。另外，也要求图案设计性。
又，上述商品是在接触水的环境中使用，所以还要求化学稳定性。
因此，一直以来，在卫生陶器中一般使用上釉的陶瓷制品，特别是经一次烧成(焙烧)容易确保基于通过釉料层产生的色彩与花纹的图案设计性的自由度的、在1100～1300℃温度下可烧成并能发挥出足够机械强度的上釉的硬质陶瓷质坯体、熔化质(可玻璃化；vitrifiable)坯体。
但是，硬质陶瓷质坯体和熔化质坯体中，为烧固到发挥出足够的机械强度，烧成时的收缩量大，变形也大。
因此，很难准确设计烧成后的制品形状和尺寸，在根据形状进行的图案设计性的赋予和功能性的赋予上，自由度受到限制。
另外，依赖于制品的形状，上述收缩和变形有时导致裂纹产生、形状偏差和尺寸精度的恶化，进而成为使成品率降低的原因。
由于成型体的体积大，装窑效率也相应降低，很难说它的生产能力充分良好。
因此，本发明的目的在于，提供一种卫生陶器，该卫生陶器是保持作为卫生陶器所必需的机械强度，同时可以准确设计烧成后的制品形状和尺寸，不容易产生由收缩和变形而导致的成品率降低的问题，并且装窑效率比以往的技术高的生产力好的卫生陶器。
发明的公开本发明为了解决上述课题，提供一种卫生陶器，其特征是它是由陶瓷质坯体和在前述坯体(body)的必要部位形成的釉料层构成的卫生陶器，前述坯体是含有以多铝红柱石和石英为主成分的结晶相、以SiO2和Al2O3为主成分的玻璃相和根据需要由从方英石、红柱石、硅线石、蓝晶石、刚玉中选择的矿物构成的结晶相的坯体，坯体的主要成分为SiO250～65wt％、Al2O330～45wt％、碱性氧化物0.1～2wt％、二价金属氧化物0.1～10wt％，作为前述二价金属氧化物成分至少含有CaO，在前述坯体中，前述CaO成分偏析的CaO成分偏析部分分散存在。
由于CaO成分偏析的CaO成分偏析部分分散存在，所以可提供一种能保持必需的机械强度，同时烧成收缩充分小，可以准确设计烧成后的制品形状和尺寸，不容易产生由收缩和变形引起的成品率降低，并且装窑效率优于以往的技术的生产力好的卫生陶器。
其理由可以认为如下。即由于CaO成分偏析的CaO成分偏析部分分散存在，所以在该部分，伴随液相烧结而产生的收缩得到控制，从而烧成收缩也得到控制。而且存在和液相部分杨氏模量等机械物性不同的CaO成分偏析部分，从而产生裂纹偏转(crack deflection)效果，所以机械强度也能取得充分的值。
在本发明的优选方案中，前述结晶相分散在前述玻璃相中，并且前述玻璃相相对于前述坯体的构成比不到60wt％。
通过把玻璃相的比率抑制在不到60wt％，伴随液相烧结而产生的大的收缩得到控制，从而可把烧成收缩率抑制在6％以下。
在本发明优选方案中，前述CaO成分偏析部分中的Ca与Na、K、Mg的存在比(重量比)关系满足Ca＞Na、Ca＞K、Ca＞Mg的所有条件。
通过这些措施，CaO成分偏析部分的成分与玻璃相成分有很大不同，可以增强CaO成分偏析部分分散存在的效果。
在本发明优选方案中，使坯体中的前述CaO成分的量在1wt％以上。
通过把CaO成分的量控制在1wt％以上，可以获得优异的松密度与强度的关系。这是因为CaO成分多时，伴随玻璃相中的液相烧结而产生的收缩也被抑制得很小的缘故。
在本发明优选方案中，前述坯体中CaO成分与其它二价金属氧化物成分的关系为，其它的二价金属氧化物相对于CaO100重量份为50重量份以下。
这样一来，可以获得优异的松密度与强度的关系。这是由于CaO成分多时，伴随玻璃相中液相烧结而产生的收缩也被抑制得很小的缘故。
在本发明优选方案中，前述坯体中的石英量为20wt％以下。
通过这样控制，可以抑制坯体热膨胀系数过度增加，从而使得象卫生陶器那样的大型而结构复杂的制品在烧成的降温过程中不易产生裂纹。
在本发明优选方案中，当前述坯体中含有刚玉时，刚玉的量控制在20wt％以下。
因为刚玉具有高的杨氏模量，所以使其均匀分散在坯体中，可以获得大的提高强度的效果。
坯体中含有刚玉时，优选把刚玉的量控制在20wt％以下。这是因为，刚玉的比重比其它矿物和玻璃相的大，若其含量大于20wt％，则坯体的比重增大，会造成施工时的负担的缘故。
在本发明中，提供一种卫生陶器，其特征是它是可以通过采用包括将坯体原料进行成型的工序、根据需要在必要部位上釉的工序、和在1100～1300℃温度下进行烧成的工序的方法制作的卫生陶器，前述坯体原料含有粘土质矿物、石英、含有碱金属的原料、含有二价金属的原料，前述粘土质矿物是含有从高岭石、地开石、多水高岭土、绢云母、叶蜡石中选择的至少一种的矿物，作为前述含有二价金属的原料含有硅灰石、石灰石、钙斜长石中的至少一种，前述石英的量相对于前述坯体原料在30wt％以下，前述粘土质矿物的量相对于前述坯体原料为30～90wt％，把前述坯体原料的粒度调整到用激光衍射粒度测定仪测定的平均粒径达到3～10μm。
作为为引入CaO而使用的坯体原料，使用硅灰石、石灰石、钙斜长石中的至少一种，这些原料的CaO成分与MgO、Na2O、K2O等成分既不固溶、也不形成化合物，所以在烧成体中，CaO成分偏析的部分容易形成，并且容易分散存在。
因此，可提供保持必需的机械强度、同时烧成收缩充分小、能准确设计烧成后的制品形状和尺寸、不容易发生因收缩和变形而引起的成品率降低的问题、并且装窑效率比以往高的生产力好的卫生陶器。
在本发明中，提供一种卫生陶器，其特征是它是可以通过采用包括将坯体原料成型的工序、根据需要在必要部位上釉的工序、和在1100～1300℃温度下进行烧成的工序的方法制作的卫生陶器，前述坯体原料含有粘土质矿物、石英、含有碱金属氧化物的原料、含有二价金属氧化物的原料、烧失量小的原料，前述粘土质矿物是含有从高岭石、地开石、多水高岭土、绢云母、叶蜡石中选择的至少一种的矿物，前述石英的量相对于前述坯体原料在30wt％以下，前述粘土质矿物相对于坯体原料为30～90wt％，前述烧失量小的原料相对于坯体原料为5～50wt％，并且调整前述坯体原料的粒度，使得基于激光衍射粒度测定仪测定的平均粒径为3～10μm。
通过含有烧失量小的原料，降低了由烧失量引起的烧成收缩。
在本发明优选方案中，作为前述含有二价金属的原料含有硅灰石、石灰石、钙斜长石中的至少一种。
通过使用烧失量小的原料的效果和由使用硅灰石、石灰石、钙料长石中的至少一种作为为引入CaO而使用的坯体原料所产生的效果的协同效应，烧成收缩进一步减小，可以获得优异的强度。
在本发明优选方案中，前述烧失量小的原料是耐火泥，该耐火泥的主要矿物是从多铝红柱石、方英石、石英、刚玉中选择的至少一种的矿物，耐火泥中CaO的量在1wt％以上。
通过使用上述的CaO量在1wt％以上的结晶质耐火泥，由于裂纹偏转作用可以提高机械强度，并且由于玻璃相的比率降低，也可以降低烧成收缩率。
在本发明优选方案中，前述烧失量小的原料是以SiO2、Al2O3为主要成分的空心玻璃。
由此，空心玻璃的气孔以闭孔形式残存于坯体中，所以可以得到与强度比较起来，松比重较小的坯体。
在本发明优选方案中，前述烧失量小的原料是从希兰珠(シラスバル-ン；shirasu-ba11oon)、多孔珍珠岩、多孔页岩中选择的至少一种。
由此，气孔在坯体中以闭孔形式残存，所以可以得到与强度比较起来松比重较小的坯体。
在本发明优选方案中，使前述坯体的松密度(Db)为1.6～2.1g/cm3，并且坯体的松密度与弯曲强度(Sb)的关系为Sb＞60×Db-60(MPa)。
由此，作为卫生陶器，可以在实用水平上，保证轻量化与机械强度的平衡。
在本发明中，提供一种卫生陶器，其特征是它是由陶瓷坯体和在前述坯体上的必要部分上形成的釉料层而构成的卫生陶器，它可以通过使用包括将坯体原料成型的工序、根据需要在必要部位上釉的工序、在1100～1300℃温度下进行烧成的工序的方法制成，在前述烧成工序中的前述坯体的纵向的烧成收缩率在6％以下，前述烧成工序中的前述坯体的软化变形量在10mm以下，前述坯体的松密度(Db)为1.6～2.1g/cm3，并且前述坯体的松密度和弯曲强度(Sb)的关系为Sb＞60×Db-60(MPa)。
由此，作为卫生陶器，可以在实用的水平上，保证轻量化和机械强度以及设计自由度的平衡。
在本发明优选方案中，前述釉料层是热膨胀系数比前述坯体还小0～30×10-7/℃的釉料。
通过在坯体表面形成热膨胀系数比坯体还小0～30×10-7/℃的釉料层，使得随着使用年龄增加，釉料层表面也不容易产生微细裂纹。
在本发明优选方案中，在前述陶瓷坯体表面形成前述透明性釉料的釉料层。
由此可以提高表面的图案设计性，同时，由于污垢很难粘附在釉料层表面，因此可以增加防污性。
在本发明优选方案中，在前述陶瓷坯体表面形成前述着色性釉料的釉料层，进一步地在釉料层上再形成由透明性釉料构成的表面釉料层。
这样可以提高表面的图案设计性，由于污垢很难粘附在釉料层表面，因此可增加防污性。另外釉料层表面还不容易随使用年龄增加而产生微细裂纹。
在本发明优选方案中，在前述陶瓷坯体表面形成釉底料，在其上面再形成前述着色性釉料的釉料层。
这样釉料层表面不容易随使用年龄增加而产生微细裂纹。
在本发明优选方案中，在前述陶瓷坯体表面形成釉底料，在釉底料上再形成前述透明性釉料的釉料层。
这样可以提高表面的图案设计性，由于污垢不容易粘附在釉料层表面，因此可以增加防污性。同时釉料层表面也不容易随使用年龄增加而产生微细裂纹。
在本发明优选方案中，在前述陶瓷坯体表面形成釉底料，然后在釉底料上再形成前述着色性釉料的釉料层，再在着色性釉料层上面形成由透明性釉料构成的表面釉料层。
这样可以提高表面的图案设计性，由于污垢很难粘附在釉料层表面，因此可以增加防污性。同时，釉料层表面不容易随使用年龄增加而产生细微裂纹。
在本发明优选方案中，用触针式表面粗糙度测定装置(JIS-B0651)测定的前述透明性釉料层表面的表面粗糙度Ra在100nm以下，优选在70nm以下，更优选在40nm以下。
这样污垢难以粘附在上述釉料层表面，所以可以进一步增加防污性。同时，釉料层表面也不容易随着使用年龄增加而产生微细裂纹。
在本发明优选方案中，在前述坯体表面和前述着色釉料层之间形成的釉底料成为气孔率比坯体小的致密层。
这样，釉底料具有防止来自坯体的气体通过釉料层而形成针孔并成长的阻断功能，不容易发生斑点等外观不良，同时也可以防止釉料层表面的光滑性在上述气体的影响下受到损害。另外，釉料层表面也不容易随着使用年龄增加而产生微细裂纹。
在本发明优选方案中，形成前述釉底料的原料使用50％粒径(D50)在6μm以下的粉体原料。
通过使用上述粉体原料，容易使釉底料形成气孔率比坯体层小的致密层，容易使其具有阻断来自坯体的气体的功能。
在本发明优选方案中，形成前述釉底料的原料构成是陶石30～50wt％、粘土30～50wt％、熔剂10～30wt％。
通过使用上述组成的釉底料原料，釉底料容易形成适宜的熔融、烧结状态，并稳定地具有阻断来自坯体的气体的功能。
在本发明优选方案中，前述坯体的热膨胀系数为50～90×10-7(/℃)(50～600℃)。
通过把前述坯体的热膨胀系数控制在90×10-7(/℃)以下，可以使象卫生陶器那样的大而具有复杂结构的制品在烧成时的降温过程中不容易发生裂纹。
又，通过把前述坯体的热膨胀系数控制在50×10-7(/℃)以上，可以在不容易产生裂纹等缺陷的条件下，确保釉料层的图案设计性的自由度。
在本发明优选方案中，成型方法是泥浆浇注成型法(slip castingmethod)。
这样，可以很容易以低成本制造大型复杂形状的卫生陶器。
附图的简单说明图1是表示No.1-4(比较例)的坯体截面SEM像和用EPMA观察到的坯体截面的Ca、Mg、Na、K的分布状态的图。
图2是表示No.1-5(本发明实施例)的坯体截面SEM像和用EPMA观察到的坯体截面的Ca、Mg、Na、K的分布状态的图。
图3是表示No.1-5(本发明实施例)的坯体的X射线衍射图的图。
图4是在实施例中试制的坐便器的示意图。
图5是在实施例中试制的立式小便器的示意图。
图6是在实施例中试制的台架一体式的洗脸盆的示意图。
图7是在实施例中试制的洗脸盆的示意图。
实施发明的最佳方案以下，首先说明本发明中的主要用语。
结晶相在本发明中，所说的结晶相是特定的矿物，指在X射线衍射中具有规则的衍射图形的部分。结晶相的量，是用内标法、由根据各结晶相的标准物质所确定的校准线进行定量，用重量比表示。
玻璃相在本发明中，所说的玻璃相是指在X射线衍射中，不显示规则的衍射图形的上述结晶部分以外的部分。
坯体中的玻璃相比率在本发明中，坯体中的玻璃相比率是用玻璃相相对于坯体整体的重量比定义的。具体讲是除去了用X射线衍射定量的上述结晶相量以外的量。
坯体的成分在陶瓷质成分中，象以多铝红柱石为代表的复合氧化物晶体和玻璃相那样，存在多个金属种类的氧化物和固溶体，关于它们也用通过萤光X射线分析法进行定量的单成分的金属氧化物进行换算，用重量比规定。
CaO成分偏析部分根据EPMA进行元素分析结果，和周边部分对比，将Ca浓度高的区域定义为CaO成分偏析部分。在CaO成分偏析部分中，根据EPMA的元素分析，Mg浓度、Na浓度、K浓度与周边比未怎么变化或变低，在降低烧成收缩方面，是更理想的状态。
CaO偏析部分的分散存在“分散存在”是指不只在一处，而是在多处存在该区域的状态。在这种状态下，可以有效发挥裂纹偏转效果。
坯体的松密度坯体的松密度是用阿基米德法测定的。把宽25mm、厚5mm、长20mm的试样(烧成坯体)在105℃下干燥24小时后，在试样不吸湿的环境下冷却至室温，测定质量W1。接着把试样在真空中放置1小时，使气泡排出。进一步在同一环境中把试样在水中保持1小时后，恢复到常温。接着用细线把该试样自由地悬吊在水中称重、测定质量W2。然后从水中取出该试样，用拧干的湿布快速拭去表面的水滴，马上测定质量W3。松密度由水的密度、W1、W2、W3根据下式求出。
松密度＝水密度×W1/(W3-W2)。
坯体的弯曲强度坯体的弯曲强度是用烧成的φ13×130mm试样，在间距100mm、滑块(cross head)速度2.5mm/min条件下采用三点弯曲法测定的。坯体的烧成收缩率在宽30、厚15、长260mm的未烧成的试样上，以150mm长度作一个印记，用150mm除烧成后的印记长度的变化部分，把所得百分率定为坯体的烧成收缩率。
坯体的软化变形量把未烧成的宽30、厚15、长260mm的试样以间距200mm支撑，在支撑状态下进行烧成，测定烧成后的试样中央部位的挠曲量和试样的厚度。因为这时的挠曲量与试样厚度的二次方成反比，所以把用下式换算成厚度为10mm时的挠曲量定为坯体的软化变形量。
坯体的软化变形量＝挠曲量的测定值×(烧成后的试样的厚度)2/102。
坯体的热膨胀系数坯体的热膨胀系数在测定时，使用烧成的直径为5mm、长度为20mm的试样，通过示差膨胀计，用压缩负荷法、采用在50～60℃测定温度范围下测定的线膨胀系数表示。
坯体的冲击强度坯体的冲击强度是用烧成的φ13×130mm的试样，采用夏比冲击试验机(Charpytester)测定的。
坯体的耐热冲击性耐热冲击性是把宽25×厚10×长110mm的试样在规定温度保持1小时以上，然后投入水中骤冷，检查有无裂纹发生，来进行评价的。表示不产生裂纹的最大温度差。
以下说明制作本发明卫生陶器的方法的一个例子。
坯体原料作为初始原料，以粘土质矿物、含有Ca的原料作为必需成分，除此之外，也可以添加石英、含有碱金属的原料和烧失量小的原料。
把上述原料混合，根据需要采用球磨机等粉碎，得到坯体原料。
坯体原料的基于激光衍射粒度测定仪的平均粒径调整为3～10μm为好。
在后面的成型工序中，采用浇注成型法时，坯体原料分散在水中，制成悬浮液使用。也可以在悬浮液中添加分散剂、防腐剂、胶料(adhesive pastes)、抗菌剂等等。
粘土质矿物，可以优选使用高岭石、地开石、多水高岭土、绢云母、叶蜡石。
作为含有碱金属的原料，可以优选使用绢云母、长石、霞石。
作为含有Ca的原料，可以优选使用石灰石、硅灰石。
作为各原料的配方，优选粘土质矿物为30～90重量份、含有Ca的原料最好在1～15重量份的范围使用。含有碱金属的原料可以在碱金属氧化物总量相对于坯体整体为不超过2wt％的范围使用。另外，当使用石英原料时，优选其量在30重量份以下，当使用烧失量小的原料时，优选在5～50重量份的范围内使用。
制作方法用浇注成型法等方法将坯体原料成型、脱模、干燥后，在必要部位上釉，进行烧成。
浇注成型模可以利用石膏模、树脂模等，压力施加的方法可以采用加压、真空抽吸法、模抽吸法、顶部加压法的任何一种方法。
干燥例如可以在室温～110℃左右下进行。
上釉可以使用湿式喷涂、干式喷涂、(其他示例法)等方法。
釉料可以使用在长石、石英、石灰石等天然原料、熟釉等非晶质原料等中添加颜料和乳浊剂的釉料。作为釉料优选使用热膨胀系数比坯体还小0～30×10-7/℃的原料。
透明性釉料的原料是指硅砂、长石、石灰石等天然粒子的混合和/或熟釉料等的非晶质釉料，着色釉料原料是指在透明性釉料原料中添加乳浊剂和/或颜料的釉料。
在上釉的一个实施方案中，在前述陶瓷质坯体上形成釉底料，再在其上形成前述着色性釉料层。再在其上面形成透明性釉料层。
釉底料可以优选使用陶石、粘土、长石等天然矿物粒子的混合物。
着色性釉料层的主成分由非晶质成分组成，此外还少量含有乳浊剂、颜料等结晶质成分。非晶质成分由SiO2等四价金属氧化物成分、Al2O3等三价金属氧化物成分、CaO、MgO、ZnO等二价金属氧化物成分、Na2O、K2O、Li2O等一价金属氧化物成分组成，其中，含有MgO成分为2.5～4.4wt％、Al2O3为9.3～15.1wt％。其它成分的优选值是SiO2为55～80wt％、CaO为8～17wt％、ZnO为3～10wt％、K2O为1～4wt％、Na2O为0.5～2.5wt％。
透明性釉料层的主成分由非晶质成分组成，其它还少量含有乳浊剂、颜料等结晶质成分。非晶质成分由SiO2等四价金属氧化物成分、Al2O3等三价金属氧化物成分、CaO、MgO、ZnO等二价金属氧化物成分、Na2O、K2O、Li2O等一价金属氧化物成分组成。其中，含有MgO0～4.4wt％。其它成分的优选值是SiO2为55～80wt％、CaO为7～17wt％、ZnO为3～15wt％、K2O为1～4wt％、Na2O为0.5～2.5wt％.
这里，作为透明性的釉料原料如果使用下述任意一种，则很容易使表面粗糙度Ra达到100nm以下，所以是理想的。
(1)非晶质原料(2)相对于硅砂、长石、石灰等天然矿物的混合物1重量份，配合非晶质原料1～100重量份的混合物(3)用激光衍射式粒度测定装置测定的50％粒径不足6μm的微细天然矿物的混合物烧成可以在1100～1300℃的温度下进行，烧成时也可以采用连续烧成炉、间歇式炉中的任一种。
以下基于


本发明的实施方案。表1示出了实施例中所用的原料及其化学组成，同时示出了主要矿物量。表2～表7示出了涉及比较例以及本发明的坯体的使用原料、原料中的含有矿物量、坯体的组成、特性等。
表1使用原料的化学组成和矿物含量

1)微量矿物、玻璃质矿物除外2)高岭石、多水高岭土、地开石等表2与过去技术(卫生陶器用)的比较

表3

表4

表5

表6

表7

在坯体的组成中，一价金属氧化物总量是指坯体的化学组成中的Na2O、K2O等一价金属氧化物的总量，碱土类氧化物总量是指MgO、CaO等碱土类氧化物的总量。含有的矿物栏中，方英石量为未定量，存在方英石的物质用○表示。
表2是将过去技术和本发明技术进行比较的情况，No.1-1是被称为可玻璃化坯体(vitrifiable body)、No.1-2是被称为装饰坯体(engobe body)、No.1-3是被称为硬质陶瓷坯体(ironstonebody)的、过去作为卫生陶器一直使用的坯体。No.1-4是过去技术的坯体，它是以陶石、高岭土、粘土为主原料，并且为达到减小烧成时的收缩和软化变形量，调低了碱性氧化物等烧结熔剂成分。
另一方面，No.1-5是使用硅灰石作为坯体原料、使坯体中形成CaO偏析存在部分的本发明坯体，坯体中含CaO大约1.8wt％。
坯体的烧成收缩率、松密度、弯曲强度，No.1-4分别为4.5％、1.84g/cm3、43.2MPa，而No.1-5分别是4.1％、1.81g/cm3、60.3MPa。由此可见，本发明坯体相对于过去技术的坯体，尽管烧成收缩率和松密度大致相同，但强度却大幅度提高。
本发明的坯体在组织上具有以下特征。坯体中存在CaO浓度高于其它部分的CaO偏析存在部分。而且在该偏析存在部分中，CaO以外的二价金属氧化物和碱性氧化物的浓度具有低于其它部分的倾向。以下示出其观察结果。
图1示出No.1-4坯体截面的SEM像和用EPMA观察到的坯体截面的Ca、Mg、Na、K的分布状态，图2示出No.1-5坯体截面的SEM像和用EPMA观察到的坯体截面的Ca、Mg、Na、K的分布状态。No.1-5中的CaO、MgO、K2O、Na2O的含量分别为1.77、0.17、1.2、0.02wt％，CaO偏析存在部分是由分散在原料中的硅灰石粒子产生的，而且其CaO含有率约为46wt％，所以CaO偏析存在部分的CaO浓度至少在几个wt％以上，而MgO、K2O、Na2O的总量在1.5wt％以下。
在该CaO偏析存在部分，CaO以外的二价金属氧化物和碱性氧化物的量较少，所以CaO偏析存在部分在烧成时不会液相化，结晶化为含有Ca的矿物。
图3示出了No.1-5坯体的X射线衍射图。可以确认生成了含有Ca的矿物、钙长石(CaAl2Si2O8)。No.1-1坯体、No.1-2坯体的玻璃相量各自约为59wt％、52wt％。即，由于CaO成分偏析的CaO成分偏析部分分散存在，所以在该部分，伴随液相烧结而引起的收缩得到抑制，烧成收缩也得到抑制。而且，通过存在杨氏模量等机械物性与液相部分不同的CaO成分偏析部分，产生裂纹偏转效果，因而也机械强度能获得足够的数值。
这样，在本发明的坯体中，由于形成了CaO偏析存在部分，所以特性大幅度提高。
表3、表4示出了具有本发明特征的No.2-1～No.2-10坯体的情况。表5～表8示出成为本发明根据的试验结果、表5示出了No.3-1～No.3-3坯体、表6示出了No.4-1～No.4-5坯体、表7示出了No.5-1～No.5-4坯体的情况。表8示出了在本发明中使用的釉料的化学组成。这种釉料是被称为光泽釉的一般用于卫生陶器的釉料。
表8

图4～图7是在实施例中试制的卫生陶器的示意图。图4是坐便器、图5是立式小便器、图6是台架一体式洗脸盆、图7是洗脸盆。
图4～图7中所示的卫生陶器是使用石膏模，通过泥浆浇注成型法成型后，经过精加工、干燥、上釉工序后进行烧成而试制的。釉料是采用表8所示的物质。釉料的热膨胀系数为51×10-7/℃。这些试制的卫生陶器，与水或排水接触的地方全部上釉以防止坯体吸水。图4中作为引水通路的边缘内部、排水阱内面、图5中排水阱内部、图6和图7中溢口内部均是上过釉的地方。
下面说明表4～表7的各项内容。
表4中的窑鲨(kiln crack)是指在烧成的降温过程中，由于制品受到冷却的热冲击作用而产生的裂纹，表中的○号表示没有发生窑鲨现象，×号表示发生了窑鲨现象。
表4中的急热试验是对图7所示的洗脸盆施以80℃温差时，确认在该热冲击作用下是否发生裂纹的试验。80℃温差是通过在洗脸盆的盆体部加入10℃的冷水，使洗脸盆维持在10℃，在该状态下，排除冷水后立即向盆体部注入90℃的热水的方法而实现的。表中的○表示没有发生裂纹、×表示发生了裂纹。
No.2-1～10是本发明的坯体。No.2-1是使用CaO含量为2.4wt％的耐火泥B的坯体、No.2-2是添加石灰石，把坯体中的CaO量调整到约为2.1wt％的坯体，无论哪一种坯体，烧成收缩率和烧成时的软化变形量均较小，显示出相对于松密度的优异的强度。No.2-3是使用耐火泥B、并添加石灰石和硅灰石，把坯体中CaO量调整到约为4.1wt％的坯体，可以进一步将烧成收缩和松密度抑制得低、并能显示出优异的强度。No.2-4是使用CaO含量为0.24wt％的耐火泥C、并添加石灰石和硅灰石，把坯体中的CaO量调节到约为3.6wt％的坯体，No.2-5是使用约含有80wt％的CaO含量为0.3wt％的刚玉的烧成明矾片岩A，添加石灰石和硅灰石，把坯体中的CaO量调整到约为3.6wt％的坯体，No.2-6是使用含有约33wt％的CaO含量为0.25％的刚玉的烧成明矾片岩B，并添加石灰石和硅灰石，把坯体中的CaO量调整到约为3.6wt％的坯体。所有的坯体，烧成收缩率和烧成时的软化变形量都很小，显示出相对于松密度的优异的强度。这样，即使使用CaO含量少的耐火泥或者耐火泥以外的烧失量小的原料，通过使坯体中形成CaO偏析存在部分，也能获得相对于坯体松密度的优异的强度。
No.2-7～No.2-10的坯体是使用耐火泥B，把坯体中的CaO含量调整到约为3.9wt％，通过变化坯体中的碱量和石英量来控制坯体的热膨胀系数、烧成收缩率等坯体特性的坯体。所有的坯体，烧成收缩率和烧成时的软化变形量都很小，相对于松密度显示出高强度。特别是No.2-9、No.2-10具有与在瓷器或表2中所示的卫生陶器中所用的熔化质坯体(No.1-1)一样的强度，其烧成收缩率和烧成变形量分别为熔化质坯体的1/3、1/6左右。
在No.2-7～No.2-10中，试制了四种卫生陶器，并示出了其结果。通常，越是结构复杂的制品，烧成时越容易产生被称为窑鲨的裂纹；坯体的热膨胀系数越小，越不容易发生窑鲨裂纹，必须根据生产的产品的形状考虑热膨胀系数的设定。
立式小便器、台架一体式洗脸盆，洗脸盆等，如果把热膨胀系数控制在90×10-7/℃以下，则不会出现窑鲨裂纹，可以制作卫生陶器。
即使在具有更加复杂结构的坐便器中，如果把热膨胀系数控制在70×10-7/℃以下，也不会发生窑鲨，可以制作卫生陶器。
如后面叙述的那样，为了降低热膨胀系数，有降低坯体中石英含量的方法和加大烧成收缩的方法。特别是在本发明中，优选降低坯体中石英含量的方法。
立式小便器、台架一体式洗脸盆、洗脸盆等中，石英含量优选在20wt％以下，而形状更加复杂的坐便器中，优选把石英含量控制在10wt％以下为好。
表5示出在使用耐火泥B的坯体中，改变坯体原料粒度时的坯体特性。通过把原料粒度调整成更微细粒可以提高松密度与强度的关系。同时也可以获得降低烧成时软化变形量的效果。为了得到良好的卫生陶器，最好把坯体原料的平均粒径调整到10μm以下。
表6示出坯体原料中的石英量和坯体中石英量的关系、以及石英量和坯体的热膨胀系数的关系。坯体原料中的石英通过烧成，部分玻璃化，所以对于坯体中的石英量，坯体中的石英量大致地相对地减少。如No.4-1～No.4-4所示，石英量和坯体的热膨胀系数之间有明显的相关关系，石英量增加时，热膨胀系数也增加。但并不是只用坯体中的石英量来定义热膨胀系数。如No.4-2和No.4-5的比较所示，有时虽然是相同的坯体原料中的石英量，但是坯体中的石英量不同，热膨胀系数也会大幅度地不同。
从前述实际样品试验(No.2-7～No.2-10)的结果来看，在立式小便器、台架一体式洗脸盆、洗脸盆等中，石英含量最好在20wt％以下，在形状更为复杂的坐便器中，石英的含量最好在10wt％以下。
表7示出了把多量含有CaO成分的烧失量小的原料(耐火泥B)添加到坯体原料中的实施例，其中，No.5-2～No.5-4是使用石灰石、白云石、硅灰石作为引入CaO的原料时，对坯体特性进行比较的情况。
从No.5-1～No.5-4可知，如果使用多量含有Ca成分的烧失量小的原料(例如，耐火泥B)，则烧成收缩、烧成变形足够小，并可以制作相对于松密度的强度优异的卫生陶器。
使用石灰石的No.5-2，看不出强度的提高，但是烧成收缩率、烧成变形量和松密度降低，相对于松密度的强度提高。
使用白云石的No.5-3中，可以看到大幅度的强度提高。但是，使用白云石时，烧成收缩率和烧成时的软化变形量也增大，所以如本实施例所示，并用Ca成分含量较多的烧失量小的原料(例如，耐火泥B)来抑制烧成收缩率和变形为好。
使用硅灰石的No.5-4中，尽管烧成收缩率降低，烧成变形量也未怎么变化，但强度却大幅度地提高。
这样，作为引入CaO的使用原料，根据种类不同，坯体的特性也产生差异，但是，相对于松密度的强度在本实施例中均呈升高的趋势。
因此，如果并用CaO成分含量较多的烧失量小的原料(例如，耐火泥B)，则作为引入CaO的原料，除了硅灰石、石灰石、白云石以外，还可以使用各种原料。
与石灰石、硅灰石相比，使用白云石时烧成收缩率和烧成时的软化变形量比较大，这时由于通过使用白云石，在坯体中引入了MgO，MgO促进坯体的液相化的缘故。
因此，为了在坯体中形成CaO偏析存在部分，并最大限度地获得其效果，可以说除了要抑制坯体中碱性氧化物以外，最好还要抑制有可能促进液相化的CaO以外的二价金属氧化物的量。
产业上的实用性按照本发明，可以提供一种卫生陶器，它是保持作为卫生陶器所必需的机械强度，同时还可以准确设计烧成后的制品形状和尺寸，不容易产生因收缩和变形而导致的成品率降低的问题，并且装窑效率比过去的技术还高的生产能力好的卫生陶器。
权利要求
1.一种卫生陶器，其特征是它是由陶瓷质坯体和在前述坯体上的必要部分形成的釉料层构成的卫生陶器，前述坯体是含有以多铝红柱石和石英为主成分的结晶相、以SiO2、Al2O3为主成分的玻璃相、和根据需要由从方英石、红柱石、硅线石、蓝晶石、刚玉中选择的矿物构成的结晶相的坯体，坯体的主要成分为SiO250～65wt％、Al2O330～45wt％、碱性氧化物0.1～2wt％、二价金属氧化物0.1～10wt％，作为前述二价金属氧化物成分至少含有CaO成分，在前述坯体中，前述CaO成分偏析的CaO成分偏析部分分散存在。
2.根据权利要求1所述的卫生陶器，其中，前述结晶相分散在前述玻璃相中，并且前述玻璃相相对于前述坯体的构成比不到60wt％。
3.根据权利要求1或2所述的卫生陶器，其中，前述CaO成分偏析部分中的Ca和Na、K、Mg的存在比(重量比)的关系满足Ca＞Na、Ca＞K、Ca＞Mg的所有条件。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体中的前述CaO成分的量在1wt％以上。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体中CaO成分和其它二价金属氧化物成分的关系是，其它二价金属氧化物相对于CaO100重量份为50重量份以下。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体中，二价金属氧化物成分相对于碱性氧化物100重量份存在100重量份以上。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体中的石英量在20wt％以下。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的卫生陶器，其中，在前述坯体中含有刚玉时，刚玉量在20wt％以下。
9.一种卫生陶器，其特征是它是可采用包括将坯体原料成型的工序、根据需要在必要部位上釉的工序、以及在1100～1300℃的温度下进行烧成的工序的方法制作的卫生陶器，前述坯体原料含有粘土质矿物、石英、含有碱金属的原料、含有二价金属的原料；前述粘土质矿物是含有从高岭土、地开石、多水高岭土、绢云母、叶蜡石中选择的至少一种的矿物；作为前述含有二价金属的原料含有硅灰石、石灰石、钙斜长石中的至少一种；前述石英的量相对于前述坯体原料为30wt％以下；前述粘土质矿物的量相对于前述坯体原料为30～90wt％，前述坯体原料进行粒度调整，使得用激光衍射粒度测定仪测定的平均粒径达到3～10μm。
10.一种卫生陶器，其特征是它是可采用包括将坯体原料成型的工序、根据需要在必要部位上釉的工序、以及在1100～1300℃温度下进行烧成的工序的方法制作的卫生陶器，前述坯体原料含有粘土质矿物、石英、含有碱金属氧化物的原料、含有二价金属氧化物的原料、烧失量小的原料；前述粘土质矿物是含有从高岭土、地开石、多水高岭土、绢云母、叶蜡石中选择的至少一种的矿物；前述石英的量相对于前述坯体原料为30wt％以下；前述粘土质矿物的量相对于坯体原料为30～90wt％；前述烧失量小的原料相对于坯体原料为5～50wt％；前述坯体原料进行粒度调整，使得用激光衍射粒度测定仪测定的平均粒径达到3～10μm。
11.根据权利要求10所述的卫生陶器，其中，作为前述含有二价金属的原料含有硅灰石、石灰石、钙斜长石中的至少一种。
12.根据权利要求10所述的卫生陶器，其中，前述烧失量小的原料是耐火泥，该耐火泥的主要矿物是从多铝红柱石、方英石、石英、刚玉中选择的至少一种矿物，耐火泥中的CaO量在1wt％以上。
13.根据权利要求10所述的卫生陶器，其中，前述烧失量小的原料是以SiO2、Al2O3为主成分的空心玻璃。
14.根据权利要求10所述的卫生陶器，其中，前述烧失量小的原料是从希兰珠、发泡珍珠岩、发泡页岩中选择的至少一种。
15.根据权利要求1～14的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体的松密度(Db)为1.6～2.1g/cm3，坯体的松密度和弯曲强度(Sb)的关系为Sb＞60×Db-60(MPa)。
16.一种卫生陶器，其特征是它是由陶瓷质坯体和在前述坯体上的必要部分形成的釉料层构成的卫生陶器，它可采用包括将坯体原料成型的工序、根据需要在必要部位上釉的工序、以及在1100～1300℃温度下进行烧成的工序的方法制作，在前述烧成工序中，前述坯体长度方向的烧成收缩率在6％以下；在前述烧成工序中，前述坯体的软化变形量在10mm以下，前述坯体的松密度(Db)为1.6～2.1g/cm3，并且前述坯体的松密度和弯曲强度(Sb)的关系为Sb＞60×Db-60(MPa)。
17.根据权利要求1～16的任一项所述的卫生陶器，其中，前述釉料层是热膨胀系数比前述坯体还要小0～30×10-7/℃的釉料。
18.根据权利要求1～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述釉料层是由透明性釉料构成的。
19.根据权利要求1～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述釉料层是由组成不同的两种以上的釉料层构成的。
20.根据权利要求19所述的卫生陶器，其中，前述釉料层是由从釉底料、着色性釉料、透明性釉料中选择的两种以上的釉料构成的。
21.根据权利要求20所述的卫生陶器，其中，前述釉底料是气孔率比坯体小的层。
22.根据权利要求1～16的任一项所述的卫生陶器，其中，在前述卫生陶器的一部分或整体上设置了未形成前述釉底料的部分。
23.根据权利要求22所述的卫生陶器，其中，形成前述釉底料的部分主要是在前述坯体表面的表里两面形成着色性釉料层的部分，并且只在其一侧的面上形成釉底料。
24.根据权利要求20所述的卫生陶器，其中，前述透明性釉料层表面的表面粗糙度Ra用触针式表面粗糙度测定装置(JIS-B0651)测定时在100nm以下。
25.根据权利要求20所述的卫生陶器，其中，前述透明性釉料层表面的表面粗糙度Ra用触针式表面粗糙度测定装置(JIS-B0651)测定时在70nm以下。
26.根据权利要求20所述的卫生陶器，其中，前述透明性釉料层表面的表面粗糙度Ra用触针式表面粗糙度测定装置(JIS-B0651)测定时在40nm以下。
27.根据权利要求20～23的任一项所述的卫生陶器，其中，用于形成前述釉底料的原料是50％粒径(D50)在6μm以下的粉体原料。
28.根据权利要求27所述的卫生陶器，其中，用于形成釉底料的原料是由陶石30～50wt％、粘土30～50wt％、熔剂10～30wt％组成的。
29.根据权利要求9～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述根据需要在必要部位上釉的工序包括进行透明性釉料的上釉的工序。
30.根据权利要求9～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述根据需要在必要部位上釉的工序包括进行着色性釉料的上釉的工序、在着色性釉料上釉面的必要部分上进行透明性釉料的上釉的工序。
31.根据权利要求9～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述根据需要在必要部位上釉的工序包括使用釉底料的工序、在釉底料上及坯体表面的必要部分进行着色性釉料的上釉的工序。
32.根据权利要求9～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述根据需要在必要部位上釉的工序包括使用釉底料的工序、在釉底料上和坯体表面的必要部分进行透明性釉料的上釉的工序。
33.根据权利要求9～17的任一项所述的卫生陶器，其中，前述根据需要在必要部位上釉的工序包括使用釉底料的工序、在釉底料上和坯体表面的必要部分进行着色性釉料的上釉的工序、在着色性釉料上釉面的必要部分进行透明性釉料的上釉的工序。
34.根据权利要求1～33的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体的热膨胀系数为50～90×10-7/℃(50～600℃)。
35.根据权利要求1～34的任一项所述的卫生陶器，其中，前述坯体的冲击强度在2×10-1J/cm2以上。
36.根据权利要求9～35的任一项所述的卫生陶器，其中，前述进行成型的工序中的成型方法是泥浆浇注成型法。
37.根据权利要求1～36的任一项所述的卫生陶器，其中，前述卫生陶器为洗手器、洗脸器、小便器、大便器、便器箱、便器滤网、洗物池、儿童浴盆、淋浴盆中的任意一种。
全文摘要
本发明提供一种卫生陶器，它是保持作为卫生陶器所必需的机械强度，同时可以准确设计烧成后的制品形状和尺寸，不容易产生因收缩和变形而引起的成品率降低的问题，并且装窑效率比过去的技术还高的生产能力好的卫生陶器。其特征为它是一种由陶瓷质坯体和在前述坯体上的必要部分形成的釉料层构成的卫生陶器，在坯体中，CaO成分偏析的CaO成分偏析部分分散存在。
文档编号C04B33/13GK1431977SQ01810552
公开日2003年7月23日 申请日期2001年1月29日 优先权日2000年4月6日
发明者古贺直树, 石川秀美, 加藤良辅, 吉田笃史 申请人:东陶机器株式会社