圧力鋳込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成形における歪の発生防止技術の確立を目的とする。最終年度である本年
度は昨年度までに基礎試験を行った新しい鋳込型を従来の圧力鋳込では成形困難な形状の成形に適用した。結果、良好な成形体を得ることができ、焼成後の”ひけ”やウェルドライン等の発生を抑えることができた。なお、本研究の成果に関しては知的財産権の関係から、開発技術の効果のみ記述した。

1.はじめに圧力鋳込用泥漿とした。試験に用いた石膏型下型の図

本研究は、圧力鋳込成形工程が原因となって発生す面を図 1 に示す。なお成形体の厚さは５mm で均一となる製品歪の防止を目的としている。圧力鋳込成形工程っている。成形体は鋳込口側から見た場合、鋳込口Ａで生じる変形は、鋳込口からの距離による生地密度のを中心に反時計回りに渦を巻いた形状となっており、粗密差と板状の原料粒子の配向の違いによる収縮差が通常の中心部鋳込口Ａからのみ送泥を行った場合Ｂ→原因となって生じている。よって歪を防止するためにＣ→Ｄ→Ｅの順に泥漿が流れ充填される形状となっては生地密度差の発生を押さえ、また原料粒子の配向のいる。
成形体の幅は鋳込口Ｂ-Ｃ間が20mmと最も狭く、乱れを無くすことが必要である。圧力鋳込成形工程を続いて鋳込口Ｃ-Ｄ間が 25mm、鋳込口Ｄ-Ｅ間が 40mm構成する２大要素は泥漿と型である。よって歪防止にと鋳込口Ａから離れるに従い成形体の幅が広くなる圧は２つの技術的アプローチが考えられる。すなわち、力鋳込成形で欠点の発生しやすい形状とした。この鋳泥漿の調整条件と型設計の検討である。泥漿調整は圧込型を用い鋳込口Ｂ〜Ｅを閉じた状態でＡからのみ送力鋳込成形において最も重要な要素で成形体の性質を泥を行う通常の圧力鋳込、Ａ〜Ｅの 5 つの鋳込口から大きく左右する。しかしながら企業で実際に使用されほぼ同時に送泥する複数口圧力鋳込、さらにＡ〜Ｅのる陶土の種類は多くその全てを調査することは困難で鋳込口から送泥するが型内の泥漿の流れを制御した新ある。また同じ陶土であっても季節によって泥漿の特性が変化することは良く知られており1）継続した調査が必要となる。本研究ではより汎用性の高い技術を開発することを目的とするため、歪防止技術を型の改良によって実現することとした。
昨年度までに泥漿の流れを制御した複数鋳込口による圧力鋳込成形法を開発したが、本年度はこの技術を従来の鋳込成形では実現困難な型に適用し、新しい圧力鋳込型の効果について検討すると共に型の改良を行った。

2.実験方法
圧力鋳込試験には天草撰上陶土を用いた。解膠剤として珪酸ナトリウム（和光純薬工業製）を 0.25wt％添加し水と共に攪拌機で混合することで含水率 25wt％の

図 1 石膏型図面

1
佐賀県窯業技術センター 平成20年度 研究報告書

複数口圧力鋳込の３種を行い成形体を作製した。得られた成形体は乾燥後バリを取る程度の仕上げを行い、締め焼きをガス炉にて 1300℃還元雰囲気で行った。焼成体に対し寸法、重量を測定すると共に状態観察を行った。

3.結果と考察
図２に通常の圧力鋳込成形と複数口圧力鋳込成形で得られた焼成体の写真を示す。図２上の通常圧力鋳込品においては鋳込口から遠い部分で明瞭な”ひけ”が観察された。一方、複数口圧力鋳込においては”ひけ”は大幅に軽減されている。
”ひけ”は泥漿の充填不足に起因し、鋳込口Ａから近い部分に最も幅が細い 20mm の成形体部分があり、かつ均一な厚みを持つ本鋳込型は通常の 1 箇所鋳込では末端部に十分に泥漿が充填する前に鋳込口付近の泥漿の脱水固化が完了し充填不足が生じる。焼成体重量は通常圧力鋳込と複数口圧力鋳込でそれぞれ 142.1ｇ、144.2ｇであり通常圧力鋳込成形による焼成体が複数口鋳込成形による焼成体に比べ 2g程度重量が軽くなっており、本研究で作製した形状は通常圧力鋳込では明らかに充填不足となることが重量でも確認された。
図２下に示す複数口圧力鋳込焼成体においては”ひけ”はほとんど観察されなかったが、鋳込口の間に泥漿の衝突によって生じる合流線であるウェルドライン

図 2 通常圧力鋳込成形体と複数口圧力鋳込成形体が観察された。特に鋳込口Ｃ-Ｄ間と、鋳込口Ｄ-Ｅ間の焼成体においては明瞭に観察された。ウェルドラインに関し

8ては製品の美観を損なうだけでなく、ウェルドライン部は焼成前の段階で非常に割れやすく生産時の作業性

72)

MPaにも強く影響する。そこで昨年用いた 4 口鋳込の陶板曲げ強さ/（160×160×5mm：四隅付近に鋳込口）を用いてウェルドラインの具体的な影響について検討した。
900℃で素焼した素地の通常部とウェルドライン部から切り出した試験片 5 本づつによる 3 点曲げ強さ試

6

通常部

5
ウェルドライン部

4

験の結果を図３に示す。通常部の曲げ強さ平均 7.1MPaに対しウェルドライン部分は平均5.3MPaと25％程度低3い値となった。また、グラフから明らかなようにばらつきも大きくなっている。通常部とウェルドライン部

図 3 素焼素地における通常部とウェルドライン部

における曲げ試験片の破断面を図４に示す。図４aの通の曲げ強さの比較

2
佐賀県窯業技術センター 平成20年度 研究報告書

損が生じたため試料作成が不可能であった。生地における通常部とウェルドライン部の破断面を図5に示す。
破断面全体を見た場合ウェルドライン部が中央部の盛り上がりが大きい。しかし破断面の滑らかさを比較すると、通常部に比べウェルドライン部は滑らかであり、陶土粒子が表面に対して垂直に近い形で配向していることが推察された。またウェルドライン部中央付近には空気の巻き込みが原因と考えられる大きな空隙が多く観察され欠点が多いことが判る。ウェルドライン部
は成形面に曲げ応力が生じた場合に割れやすい方向に粒子が配向していること、多くの欠陥を含むことからウェルドラインが生じない成形体を作ることが必要である。しかし複数の鋳込口から同時に送泥を行なう従図 4 素焼素地における曲げ強さ試験片の破断面（a:通常部来の複数口圧力鋳込の場合ウェルドラインの発生は避b:ウェルドライン部）けられない。そこで型内の泥漿の流れを制御し複数の鋳込口から送泥してもウェルドラインの発生しない型を開発した。
新しい複数口圧力鋳込成形によって成形した焼成体を図 6 に示す。図 6 の焼成体では”ひけ”はほとんど観察されず、またウェルドラインの発生も確認されなかった。
表１に３種の圧力鋳込成形法を用いて作製した各成形体の焼成後の状態の違いを示す。新複数口圧力鋳込により作製した焼成体は焼成体の重量も従来の複数口

図 5 生地における通常部とウェルドライン部の破断面の比較
常部では上面と下面の中間部で破断面にわずかな角度の変化が確認された。圧力鋳込成形体の中央部では石英粒子が多くなり断面方向で組織が不均一であることが報告されている3）。中央部の石英の多い組織により曲げ破壊における亀裂進展方向が変化することが破断面における角度の変化の原因となっている。一方図４bのウェルドライン部の破断面は大きく波打っており通常の圧力鋳込成形体で見られる破断面とは異なっている。この破断面の違いは粒子の配向の違いと考えられる。素焼前の生地に関しても同様の曲げ強さ試験を試

図 6 新圧力鋳込成形体の焼成体

みたが試験体の切り出し時にウェルドライン部分で破3
佐賀県窯業技術センター 平成20年度 研究報告書

表 1 圧力鋳込方法による成形体の状態変化
重量(g)
通常
圧力鋳込
複数口
圧力鋳込
新複数口
圧力鋳込

充填不足

ｳｪﾙﾄﾞﾗｲﾝ

142.1

有無144.2

無有144.3

無無圧力鋳込成形体と同等であり、かつウェルドラインも発生しておらず複雑形状の圧力鋳込み成形に効果的であることが確認された。また大型の製品の成形においては鋳込口を増やすことで成形体の充填の粗密を減らすことが可能となり歪を低減できる。

4.まとめ
圧力鋳込み成形における歪防止技術の開発を通して新しい圧力鋳込型を開発した。本年度は従来の圧力鋳込成形では成形困難な形状の成形に新しい圧力鋳込型を適用し効果を確認した。新しい成形型は従来の圧力鋳込型で問題であった”ひけ”とウェルドラインの発生を解消することで、成形困難な形状の製品でも欠点のない成形が可能である。また従来の圧力成形装置をそのまま利用でき、ほとんど作業性も変わらないため、これまでにないデザインの圧力鋳込製品への適用が期待される。

5.参考文献1）木村隆俊,森隆昌,椿淳一郎,中後浩一郎,仮屋弘 日
本セラミックス協会 2009 年年会講演予稿集 P1542）蒲地伸明,吉田秀治 佐賀県窯業技術センター平成19 年度研究報告書
3）中道俊久,木村裕之,田崎和江 日本セラミック協会
学術論文誌[106] PP 609-615

4佐賀県窯業技術センター 平成20年度 研究報告書