１）圧力鋳込み成形における歪防止技術の開発
蒲地 伸明・吉田 秀治
本研究では圧力鋳込み成形における歪の発生防止の確立を目的とする。本年度は天草陶土と非天草系陶土の泥漿性状について調査を行った。その結果、非天草系陶土の泥漿はチキソトロピーとダイラタンシーのレオロジー特性を示し、天草陶土に比べ圧力鋳込みが難しいことが明らかとなった。
また泥漿の含水率を制御することにより、全収縮は変化するが、最終的な焼成後の曲げ強さには変化が無いことが明らかとなった。

1.はじめににおいて詳細な分析を行っており、主な構成鉱物はカ

圧力鋳込成形は肥前地区における量産磁器の成形オリナイト、ハロイサイト、ギブサイトである。これらの原方法の主力であり、成熟した技術と考えられていた。し料を 50kgボールミルに投入し 8 時間湿式粉砕混合した

かし、非天草系陶土で天草陶土と同様の手法で圧力後、200meshのふるいを通し、フィルタープレスにより鋳込成形を行った場合、丸い碗が楕円になる等、成形脱水することで試験用陶土とした。なお、M02 陶土を用

体密度の不均一性が原因と考えられる変形が多く発生

い円形の鉢を圧力鋳込み成形後、焼成を行った結果、している。このことは非天草系陶土の使用を躊躇する

試験品には鋳込み口に近い部分の縁が立ちあがり、原因ともなっており今後の新製品開発の大きな足かせ鋳込み口から遠い部分の縁が開く形での変形が発生になっている現状がある。

し、天草陶土に比べ圧力鋳込みによる変形の発生しや本研究では非天草系陶土を用いた圧力鋳込み成形すい陶土であることが確認された。の歩留まり向上を目指し、泥漿調整、石膏型、鋳込み方法等の種々の方向から改善を試みる。本年度は主となお、比較試料として、肥前地区で最も多く使用されている撰中陶土を用いた。

して天草陶土と非天草系陶土の泥漿の性状の違いにまた、鋳込み条件による焼成体強さの変化を確認す

ついて調査を行った。また鋳込み条件による素材の強るため市販強化磁器を用いて鋳込み条件と曲げ強ささの変化の有無に関する調査を行った。の関係を確認した。

2.実験方法2.2 使用機器と泥漿調整方法
粘度測定にはストーマー粘度計（上島製作所製：

2.1 試料陶土
表 1 に本研究において用いた非天草系陶土の調合No.910329）、B型粘度計（トキメック製：DVH-B2）の２種表を示した。以後この陶土を“M02”と記述する。陶土の粘度計を用いた。粘土測定用の泥漿は陶土に所定に用いる粘土鉱物はマレーシアカオリンと蛙目粘土をの含水率、解膠剤添加率となるように水と解膠剤を添用いた。マレーシアカオリンは以前のセンターの研究1）

加しミキサーにより攪拌して調整した。調整した泥漿は一日静置した後、スターラーで静かに 30 分間撹拌し表 1 非天草系陶土（M02）の調合割合（%）

マレーシア
カオリン
3010 分静置後、粘度測定に用いた。
粒度分析は X 線透過式重力沈降法（マイクロメリティ

蛙目粘土珪石益田長石

103030ックス製：セディグラフ 5100）を用いて行った。
素材強さは JCRS203 による曲げ強さ試験方法により測定を行った。

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3.結果と考察

100903.1 陶土の解膠曲線
B 型粘度計を用いて測定した解膠曲線を図 1 に示し粘度(%)

た。泥漿の含水率は 30%、使用解膠剤は珪酸ナトリウムである。測定はローター回転数 50(r.p.m.)で行った。図より明らかなように天草陶土も M02 陶土もほぼ同様の解膠曲線を示すことが明らかとなった。

M02陶土

807060

天草撰中504030201003.2 ストーマー粘度計による性状評価
ストーマー粘度計は攪拌羽を用いた粘度計でありス0ラリーの攪拌抵抗を測定するために用いる。実際の泥漿調整に用いる攪拌槽によく似た構造であるため泥漿0.20.40.60.8

珪酸ナトリウム添加量 (%)
図 1 使用陶土の解膠曲線調整時の粘度変化を確認するのに適していると考えら400するために必要な荷重により粘度を求めるが、本研究350では過重変化による攪拌抵抗（攪拌羽回転数）の変化を確認するために用いた。M02 陶土、天草陶土について測定を行った結果を図 2 に示した。グラフの縦軸は攪拌羽の 1 分あたりの回転数を示しており数字が大きいほど攪拌抵抗が少ないことを示す。図から明らかな

パドル回転数(r.p.m.)れる。通常は単位時間当たりの攪拌羽回転数を一定に泥漿調製条件
含水量：約25％
解膠剤：Na 2SiO3
解膠剤添加量：0.2％300
250200150100

ように天草陶土はグラフの傾きが緩やかである。すな50

わち荷重の変化による攪拌抵抗の変化が少ないことを

0M02陶土
天草陶土0示している。一方 M02 陶土においてはグラフの傾きが200

400

600800

負荷加重(g)急であり荷重による攪拌抵抗の変化が大きいことを示
図 2 各陶土における荷重とパドル回転数の関係している。すなわち天草陶土においては泥漿調整時（泥漿含水率 25%、珪酸ナトリウム 0.2%）に攪拌スピードを速くしても泥漿の粘度の変化が少な
400

く泥漿調整を行いやすいが、M02 陶土においては泥くなりやすい。具体的には早い攪拌を行った場合泥漿の見かけ粘度が小さくなりやわらかく見えるため、泥漿調整に注意を要することが明らかとなった。またグラフの立ち上がりの部分に着目すると天草陶土は荷重が200g になるまで泥漿の移動がなく弱い力では粒子の移動が起きにくい、すなわち鋳込み成形体の保形性

パドル回転数 (r.p.m.)

350

漿調整時の攪拌スピードにより泥漿の粘度変化が大き

250
20015023.0％1005000が良いことが推測された。

24.1％

25.6％

300200400

負荷加重(g)600800

図 3 に M02 陶土泥漿の含水率を変えた時の粘性曲線の変化を示した。図から明らかなように M02 陶土に

図 3 M02 陶土における含水率と”荷重-パドル回転”おいても含水率を 25.6%、24.1%、23.0%と減らすことによ曲線の関係 (珪酸ナトリウム 0.2%)ってグラフの立ち上がり点が右側すなわち荷重の大き佐賀県窯業技術センター

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い部分にシフトし弱い力による泥漿の移動が抑えられ含水率27%
解膠剤0.4%ることが判る。しかしながらグラフの傾きはほとんど同じローター 回転数（r.p.m.）

100であり含水率を変化させても荷重と攪拌抵抗の関係はほとんど変化しないことが明らかとなった。

3.3 B 型粘度計による性状評価
各泥漿のレオロジー特性を明らかにするために B 型粘度計による粘度測定を行った。図 4 に天草陶土にお含水率30%
解膠剤0.25%806040

含水率33%
解膠剤0.1%20

いて含水率 27，30，33%とした場合のレオロジー曲線を0示した。3 種の泥漿の測定開始時（ローター回転数01020300.5rpm）の粘度はほぼ一定となるように解膠剤の量を粘度計指示 （％）

0.4，0.25,0.1%とした。いずれの泥漿も測定開始時の粘図 4 天草陶土における含水率と粘性曲線の関係度はほとんど同じであるがローター回転数を上げるに従い顕著な違いがみられるようになった。特にケイ酸ナトリウムを 0.1%しか添加していない含水率 33%の泥漿

120

M02陶土

においてはチキソトロピーの性質が現れた。これは陶土量に対し解膠剤が少ないために原料粒子同士の反発力が不十分で、攪拌が弱くなったときにすぐに再凝集を始めるためと考えられる。
含水率を一定にした場合の M02 陶土と天草陶土のレオロジー曲線を図 5 に示した。図から明らかなようにローター 回転数 (r.p.m)

100

天草陶土

80604020

M02 陶土は顕著なチキソトロピーを示している。このこ0とはストーマー粘度計で得られた M02 陶土は攪拌によ0り見かけ粘度が低下しやすいという結論によく一致して20406080

粘度計の指示 （％）

いる。一方、天草陶土の場合顕著なヒステリシスループ
図 5 天草陶土と M02 陶土の粘性曲線は見られない。M02 陶土のチクソトロピー発現の原因と（含水率 25％珪酸ナトリウム 0.4％）して解膠剤の添加不足とは考えにくい。これは図 1 の解膠曲線からも明らかである。M02 陶土の原料のマレい場合が生ると考えられる。このことが M02 陶土におーシアカオリンには凝集作用のあるギブサイト等が含いて最終製品に歪の発生しやすい原因のひとつとなまれることから、今回使用した M02 陶土におけるチキソっていると推測された。

トロピーの発現は多価陽イオンによる電気２重層の厚一方、練土の段階では M02 陶土は微細な振動によりみの低下が原因と考えられる。一方、天草陶土におい柔らかくなるダイラタンシー的な挙動を示した。濃厚懸ては再凝集の要因となる多価陽イオンが少ないため泥濁液によるレオロジー測定が困難であり確認はできな漿が安定していると考えられる。圧力鋳込み成形におかったが、M02 陶土の泥漿は鋳込みにより脱水が進行

いては泥漿が型内に最初に充填された後は泥漿の送した状態ではダイラタンシーの性質となることが推測さ

泥速度は石膏型による脱水速度に依存するため泥漿れ、鋳込成形後半は圧力による泥漿移動、脱水が困難の動きは鈍くなる。このためチキソトロピー性の強い泥になることが予想された。また鋳込み終了後の成形体漿では泥漿粘度の増加により泥漿の移動が阻害されは脱型時の振動により構造が緩みやすく保形性が悪鋳込み口からの位置によっては十分な充填ができない状態になりやすいと考えられる。実際の鋳込みの試
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験時にも脱型時の不安定さは確認された。図 6 に本研
究で使用した M02 陶土と天草陶土の粒度分析結果を100示した。図から明らかなように M02 陶土の粒度分布は天草陶土に比べ立ち上がりが急であり粒度分布幅が80

重量 （wt%)狭いことが判る。ダイラタンシー性は粒度分布幅が狭い場合顕著に現れる傾向があり、粒度分析の結果は現場での傾向とよく一致している。天草陶土の幅広い粒度分布はスタンパー粉砕という特殊な製造技術によ6040るものである。非天草系陶土の生産に用いられるボーM02陶土
天草陶土

20

ルミル粉砕では粒度分布はそろいやすい傾向があり、同様の粒度分布を実現することは困難である。

00103.4 鋳込み条件と焼成体強さの関係

203040粒子径 （μm）

50

一般的に圧力鋳込み成形においては泥漿の含水率
図 6 天草陶土と M02 陶土の粒度分布を少なくして生地密度を高くすることが良いとされている。そこで市販の強化磁器陶土を用い泥漿含水率を9990

本について曲げ強さ測定を行い曲げ強さの違いの有無について確認した。鋳込み時の泥漿の粘度がほぼ同じとなるように泥漿含水率 25％、30％、35％のときの珪酸ナトリウム添加量は、それぞれ 0.4, 0.2, 0.1%とし、含水率 25％の泥漿に対しては、更にディーフ（ポリ燐破壊確率（％）

25％、30％、35％と変化させて作成した曲げ試験片 20705030105△ 35%● 30%× 25%酸系解膠剤）を 0.1％添加した。なお、乾燥収縮の影響を避けるため鋳込み後の試験片は素焼後に素焼試験1125片を研削することで JCRS203 指定のサイズ（焼成後断150175

破壊応力(MPa)200

面形状 8×4mm）となるように調製した。焼成は電気炉を用い1300℃まで13時間昇温、1300℃30分保持の条

図 7 天草陶土における含水率と曲げ強さの関係件で行い、最終的な曲げ試験用の無釉試験片を得18た。

17

図7 に曲げ強さ試験結果のワイブルプロットを示した。

ぞれ 170,172,174MPa とほぼ同じであった。またばらつきに関しては、泥漿含水率 25％の試料が特に大きくなった。そこで、試料の状態を詳細に観察した。その結16全収縮 （%）

泥漿含水率 25％、30％、35％の試料曲げ強さはそれ15141312

果、いくつかの試料で鋳込み時に空気を巻き込み発11生したと思われる空隙が確認された。泥漿含水率 30％、1035％の試料ではピンホールが確認できなかったことか

202535

含水率 （%）ら、泥漿含水率 25％泥漿は泥漿比重が大きいため、鋳込み時に泥漿中に一度空気を巻き込むと巻き込ん30

図 8 含水率と全収縮の関係

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だ空気の移動が困難でそのまま生地中にピンホール

参考文献として残存しやすいと推測される。

1) N. kamochi, Proceedings of The 17th International
Korea-Japan Seminar on Ceramics 113-117 (2000)

図 8 に泥漿含水率 25％、30％、35％の試料の型から焼成体までの全収縮を示した。全収縮は泥漿含水率25％、30％、35％でそれぞれ 12.7％, 15.3％, 15.5%であった。含水率 30％と 35％の試料ではほぼ同じ収縮率を示しており鋳込み生地の充填がほぼ同じような状態であると推測される。一方、泥漿含水率 25％の試料では他の試料に比べて収縮が 2.5%ほど小さく生地が密に充填されていると考えられる。最終的な焼成体の曲げ強さには殆ど影響は無いものの、全収縮が少ないことは脱型時の切れ防止や、焼成時の歪防止には有効であると考えられる。

4.まとめ
天草陶土と非天草系陶土の泥漿の特性について調査した結果両者の泥漿特性に大きな違いが有ることが明らかとなった。今回、実験に使用した非天草系陶土においては主として粘度鉱物に含まれるギブサイト等の凝集作用のある成分に影響を強く受けチキソトロピーの特性を示した。一方、脱型時の低含水率時にはダイラタンシーの特性を示し、脱型に注意を要することが明らかとなった。また、泥漿の含水率は全収縮には影響を与えるものの最終的な素材強さに影響を与えないことが確認された。
非天草系陶土におけるチキソトロピー性は凝集作用のある成分を含まない原料を用いれば改善はできるが、多くのカオリンは随伴鉱物としてギブサイトを含んでおり原料の選択肢を狭くする。またダイラタンシー性に影響を与える粒度分布幅もボールミル粉砕に原料投入を段階的に行う等、工程を工夫することである程度の改善はできると考えるが作業性を考えると現実的ではない。
そこで来年度以降の研究ではこれら泥漿の性質の改善ではなく圧力鋳込み方法の改良による歪防止の研究を進めていく予定である。

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