強化磁器製給食食器の高度化に関する研究
蒲地 伸明
昨年度１）に続き強化磁器製品の衝撃強さ試験方法について検討を行った。種々のハンマーで測定を行った結果、測定される衝撃強さは打撃ハンマーの打面形状、ハンマーモーメントの影響を強く受けることが明らかとなり、同じハンマーを用いた試験でなければ衝撃強さ測定値の比較は困難であることが判った。また、試料の固定方法も測定される衝撃強さに大きな影響を与えることが明らかとなり、試料の固定は軽く行うことで安定した測定結果が得られることが判った。

1.はじめに強化磁器の普及に伴い製造企業にはさらに厳しい文部科学省が実施している学校給食における食品質管理が要求される。そこで強化磁器の製品強器具使用状況調査 2)を図１に示す。グラフ中で各度の指標である衝撃強さの試験方法について検討

素材の合計が 100%をこえるのは複数の素材を使を行った。

用している学校があるためである。グラフから明

昨年度は多数の試料に対して衝撃強さの測定をらかなように学校給食における陶磁器の使用率は行い製品衝撃強さの分布が正規分布となることを

平成 15 年 5 月で 30%を越えて力強い上昇線を描明らかにし、また測定精度に与える試料数の影響いている。この使用率上昇のほとんどは強化磁器に関して研究報告を行った。本年度は測定結果に食器の増加によるものと考えることができ、これ与えるハンマー、試料固定方法の影響に関して報まで主力であったプラスチックや金属のシェアが告を行う。

下落傾向を示していることと対照的である。強化
磁器のシェア増加の背景には強化磁器のもつ素材としての安心感を求めるユーザー数の増加があり、50

使用率 (%)

403020100H3H6H9

調査年度

陶磁器
ステンレス
ポリプロピレン
耐熱強化ガラスH12H15アルマイト
メラミン
ポリカーボネート
その他

図 1 学校給食における食器具使用状況

図 2 使用した衝撃試験機

2.実験方法

3.結果と考察2.1 試料と使用機器

3.1 ハンマー打撃面形状の測定値に与える影響

衝撃強さ測定に用いた試料は前報１）と同一のボ

図 3 に打撃面を変えて測定した衝撃強さの正規ール型食器である。

確率紙プロットの近似直線を示す。図 3 から明ら衝撃強さの測定は ASTM C368 型衝撃試験機

かなように球面で打撃したグループは近似直線の（RA-112 型：リサーチアシスト製）をもちいて傾きが大きくバラツキが大きいことがわかる。ま行った（図 2）。試験開始時の初期衝撃値 0.100J、たバラツキが多くなった原因は衝撃強さが低い測衝撃値増分は 0.010J の条件で試験を行った。使定値が増えたことが原因となっている。同一試料用ハンマーは軸長さ 377mm である。

における比較であるのでバラツキの差異の原因はハンマーの打面形状の影響であることは明らかで2.2 ハンマーの打撃面形状ある。ハンマーの円柱面を用いた場合、ハンマーASTM C368 におけるハンマーの打撃面は球面の位置が上下にぶれた場合でも試料の最外部を安と円柱面の 2 種類ある。打撃面形状の衝撃強さに定して打撃できるが、球面を使用した場合には上与える影響を明らかにするために、ハンマーモー下方向へハンマーがずれた場合、打点が試料の最メント 0.576J のハンマーにおける球面と円柱面外部からずれてしまい安定した打撃ができなくなを用い衝撃強さ試験を行った。

る。よって強化磁器においてはハンマーの円柱面を使用した衝撃強さ試験が適切である。

2.3 ハンマーモーメントの影響
ハンマーの質量と衝撃強さの関係を明らかにす

3.2 ハンマーモーメントの測定値に与える影響

るためにハンマーモーメント 0.576J, 0.876J,

図 4 にハンマーモーメントと測定された衝撃強1.241J の 3 種のハンマーの円柱面を用い、それぞさの平均値の関係を示す。各平均衝撃強さの上下れ試料 30 個に対し試料衝撃強さ試験を行った。
99.92.4 試料固定方法の影響への移動を抑制するＶブロック支えと、試料の跳ね上がりを防止する上方向からの荷重によって行うことが多い。上方向からの荷重の変化が衝撃強破壊確率 （%）

衝撃強さ試験では試料の固定を、試料の横方向

9995908070503020105さに与える影響を明らかにするために、押さえ荷1重を 1,2,5,10,20kg と変化させて、それぞれ試料

0.110 個に対し衝撃強さ試験をおこなった。なお使用ハンマーはハンマーモーメント 0.576J、打面は円球面

円柱面
0.10.150.2

0.25

0.30.35

衝撃強さ （J）

柱面を使用した。
図 3 ハンマーの打面形状と測定される
衝撃強さの関係0.4

に平均の信頼率 95%の信頼限界をあわせて示す。
図 4 から明らかなようにハンマーモーメントが0.26

撃強さは 0.259J, 0.243j, 0.224J と低くなることがわかる。このことから衝撃強さの測定においては同じハンマーを使用する必要があり、ハンマーモーメントの異なるハンマーで測定した衝撃強さ

平均衝撃強さ (J)0.576J,0.876J,1.241J と大きくなるに従い平均衝0.240.22は単純に比較できないことがわかる。また、ばらつきに関しては 0.576J, 0.876J, 1.241J のハンマ
0.2ーモーメントによる測定で、標本標準偏差はそれ0.250.7511.25

1.5

ハンマーモーメント (J)

ぞれ 0.023, 0.030, 0.028 であり、ほとんど差がなかった。

0.5

図 4 ハンマーモーメントと測定される
平均衝撃強さの関係

3.3 試料固定方法の影響
0.340

図 5 に試料固定荷重と測定された衝撃強さの関0.32095%の信頼限界をあわせて示す。図 5 から明らかなように試料固定荷重が大きくなるに従い測定される衝撃強さが大きくなる。高台内の荷重によりこのように測定される衝撃強さが変化する原因として試料の変形を原因とする仮説が考えられる。
図 6 に模式図を示す。図 6 において無荷重のとき点線で示すような形状であった試料が、高台中心に荷重が加わることにより高台を軸に変形し、実線で示すように縁部が縮んだ状態になる。試料の平均衝撃強さ (J)係を示す。各平均衝撃強さの上下に平均の信頼率

0.300
0.280
0.2600.240
0.2200.200
0.1800.160
125 10 20

押さえ荷重 (kg)
図 5 押さえ荷重と測定される衝撃強さの関係

変形によりハンマーの打撃する縁周辺に圧縮応力が発生し、結果として測定される衝撃強さが大きくなる。この仮説を確認するために高台内に荷重を加えたときの試料変形の様子を計測した。計測

荷重の模式図を図 7 に示す。試料を上下逆向きに固定したのち高台内をクロスヘッドによって下方向から加圧した。このときの試料外径の変化をレーザー変位計で計測した。その結果、荷重と変形量の関係について定量的な数値の確認は取れなかったが、少なくとも高台内の荷重によって試料外径が

図 6 荷重による試料変形の模式図

通常の食器使用状況において食器に大きな荷重←固定ジグが負荷された状態というのは考えにくいので、レーザー変位計

固定荷重によって衝撃強さが大きくなった状態は↓正確な製品強度を示していない。正確な衝撃強さの測定には試料を押さえる荷重が図 5 において衝撃強さの変化が見られない 2kg を超えないようにする必要がある。

←クロスヘッド
4.

まとめ
本年度は強化磁器製品の衝撃強さ試験方法に関して調査を行い以下の知見を得た。
強化磁器製品に関する衝撃強さ試験はハンマー
図 7 高台内荷重による食器変形の計測の模式図の円柱面を用いるほうが安定した結果を得ることができる。
衝撃強さ試験において得られる衝撃強さ測定値
はハンマーモーメントの影響を強く受けハンマーモーメントが大きくなるに従い測定値は小さくなる。
垂直方向への荷重による試料の固定方法では、固定荷重が大きくなるに従い得られる衝撃強さ測定値も大きくなる。従って試料の固定はできるだ
け小さい荷重で行う必要がある。

参考文献
１）蒲地伸明，佐賀県窯業技術センター平成 15年度業務報告書，51-55 (2004)

２）文部科学省ホームページ
図 8 高台内荷重と試料外形変化

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縮むことは確認された。図 8 に結果を示す。
また固定荷重が大きくなるに従い打撃面以外からの破損、例えば支えであるＶブロック側からの関連試料
1) Kamochi,N.,Terasaki,M.,Katsuki,H,.Kobay

割れが目立つようになったが、これも縁部に発生

ashi,Y.,J.

Ceram.

した応力の影響と考えられる。

pp.229-233 (2004)

Soc.

Japan,

Vol.112,