経常研究

佐賀県窯業技術センター 令和元年度 研究報告書・支援事業報告書

新強化磁器の製品化技術研究嘉村 翔太郎、蒲地 伸明
佐賀県窯業技術センター
有田焼創業 400 年事業の一環として、300 MPa 以上の曲げ強さを持つ新しい強化磁器の開発に成功した。本研究では、曲げ強さを維持しつつ、その多様化を図るために、焼成変形を提言することを試みた。粒度分布は最適化され、熱軟化変形指数は元の組成より 60％低かった。さらに、この改良磁器の物理的性質を報告した。

Technological development for diversificationof new strengthened porcelain products
KAMURA Shotaro, KAMOCHI Nobuaki
Saga Ceramics Research Laboratory
In “Projects celebrating the 400th anniversary of Arita porcelain”, we have succeeded in developing a newstrengthened porcelain with flexural strength over 300 MPa. In this study, we tried to reduce the firing
deformation of them in order to diversification their applications while maintaining flexural strength. The
particle size distribution was optimized and the pyroplastic index value was 60% lower than that of theoriginal composition. In addition, we report several physical properties of improvement porcelain.

1. はじめに粒度の調整による、焼成変形の改善を目的として、アル佐賀県窯業技術センターでは、有田焼創業400 年事業

ミナは 3 種類の異なる粒径のものを使用した。3 種のアルの一環として、有田焼の新たな市場を獲得するため、よりミナ（日本軽金属 A20、SA34、SA32 それぞれ平均粒径

破損しにくい製品の製造を可能にする、高強度磁器材料

29.5 μm、4.0 μm、1.7 μm）の粒度分布を図 1 に示す。の開発を行った。その結果、これまでの強度をはるかに上回る高強度磁器材料の開発に成功した 1)。これは、現在市販されている一般磁器材料の 3～5 倍、強化磁器材料の約 1.5 倍の曲げ強さを持つ。この材料は一般磁器材料と同じ 1300 ℃の焼成温度で焼成できるというメリットがあり、既に時計の文字盤 2)や指輪、チェスの駒などの多くの製品が開発・販売され、企業からの関心度がとても高い。
しかしながら、この材料は製品形状によっては焼成変形が大きくなるという問題点があり、様々な形状を必要とする食器の開発が難しい現状にあった。そこで本研究で

図 1 使用したアルミナの粒度分布曲線.

は曲げ強さを維持、向上させつつ焼成変形を小さくするアルミナに所定の調合割合となるように蛙目粘土、カオリン、長石などの原料を加えた後、分散剤として A-6012

改良試験を行った。

（東亜合成）を乾粉原料に対して 0.2wt％と水を加えポット
2. 実験方法

ミルで撹拌することで含水率 27％の泥漿を得た。得られ2.1 陶土調合とテストピース作製たスラリーを曲げ試験用試料（5×10×90 mm）と焼曲試験

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佐賀県窯業技術センター 令和元年度 研究報告書・支援事業報告書用試料用（①7×20×125 mm、②7×20×230 mm）の石2.4 その他の物性試験

膏型に流し込み板状の試料を得た。試料を乾燥後、電気改良後の陶土について他の物性を測るため、電気炉を炉を用い 900 ℃（昇温速度 150 ℃/h）で素焼きを行った。

用いて焼成温度 1300 ℃で酸化焼成を行い、テストピー

その後、曲げ強さ試験と、焼曲試験でそれぞれ異なる条スを作成した。このテストピースについて熱膨張率試験、件で本焼きを行った。

吸水率試験、カサ比重試験、ビッカース硬度試験を行った。熱膨張率試験は TMA400SE(NETZSCH)を用いて2.2 曲げ強さ試験

50 ℃から 900 ℃の範囲で行った。ビッカース硬度試験

曲げ強さ試験用試料の素地に強化磁器用釉薬を施釉は HMV-1（島津製作所）を用いて 試験力 9.807 N の条した後、ローラーハースキルン（1303 ℃）と強制対流炉件で行った。

（1301 ℃）にて還元雰囲気で本焼を行い、曲げ強さ試験

また、比較として一般の天草磁器の物性試験も行った。

片を得た。曲げ強さ試験は JCRS 203 に準拠し、精密万能材料試験機（島津製作所；オートグラフ AG-10kNX）を用3. 結果と考察いて行った。

原料の調合割合を変えて約 70 種類の泥漿を調合し、曲げ試験用と焼曲試験用のテストピースを作成したのち、2.3 焼曲試験

曲げ強さと焼曲具合を評価した。ローラーハースキルンと焼曲試験用試料を焼曲試験用架台に乗せ電気炉を用

強制対流炉を用いた焼成体の平均曲げ強さはそれぞれいて1275 ℃、1300 ℃、1325 ℃（昇温速度200 ℃/h）の291 MPa、351 MPa であった。この試料は他の種類の試料異なる条件で焼成を行った。炉内温度はリファサーモに比べて特に曲げ強さが高く、焼曲が小さかったため 1 t（JFCC 製；typeM）を使用し確認したところ、それぞれの量産化試験を行った。以後、この量産試作陶土を1274 ℃、1281 ℃、1319 ℃を示していた。焼曲試験結果

NAT11 と記す。表 1 にこの結果が得られた試料の化学分は焼成軟化変形を評価できる Pyroplastic Index3)（以下「PI」

析値を示す。と称する）を使用して評価した。PI 値は図2 に示すように、

表 1 量産試作陶土 NAT11 の化学分析値.

試料を架台に設置し焼成した後、次式により算出する。

成分

含有量 （mass％）

L. O. I.

4.45

（s : 焼成変形量 （mm）、b : 焼成前の試料厚み（mm）、SiO225.95

l : 支柱間距離 （mm））

Al2O365.88

Fe2O30.33

TiO20.10

CaO0.08

MgO

0.09

Na2O

1.86

K2O

1.20

Total

99.94

PI = sb

2 /l4(mm-1)・・・（１）

図 2 焼曲試験の模式図.

NAT11 のローラーハースキルンと強制対流炉を用いた
今回は PI 値に与える支柱間距離の影響を確認するた

焼成体の平均曲げ強さはそれぞれ 302 MPa、316 MPa でめに l 値を 100 mm、150 mm の二種で試験を行った。まあった。また、これらの試料の曲げ強さのワイブルプロット

た、PI 値を評価する際、比較として以前量産試作を行ったを図 3 に示す。この図から、焼成炉の違いによる強さの差

NAT9 強化磁器と天草撰上磁器を使用した。

が小さい材料であることが判る。

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佐賀県窯業技術センター 令和元年度 研究報告書・支援事業報告書

ビッカース硬度は天草磁器の約 1.5 倍であった。

表 2 NAT11 と天草撰上磁器の物性表 （1300℃酸化焼成).

項目

NAT11

天草撰上

平均線熱膨張係数（10‐6/K）

7.01

6.45

吸水率（％）

0.04

0.21

カサ比重3.02

2.32

ビッカース硬度（HV）

801538

4. まとめ図 3 NAT11 の曲げ強さ試験結果のワイブルプロット.

平成 28 年に当センターが発表した強化磁器において

図 4 に PI 値と焼成温度の関係を示す。比較として以前製品化の課題となっていた焼曲がり特性の改良試験を行量産化を行った NAT9 と天草撰上磁器も合わせて示す。

った。その結果、高強度を維持しつつ、焼曲が小さい新すべての焼成温度で天草磁器の PI 値が大きく、NAT11材料の開発に成功した。

が小さいという結果となった。また、当然であるが 3 つのこの新素材は非常に企業の関心が高く、今後も新たな試料すべてにおいて焼成温度が高くなると PI 値も大きく用途に使用されていくことが期待される。今後は更なる用なった。しかし、NAT11 の焼成温度の上昇に対する PI 値途の開発へ向けて様々な物性データを確認していく予定の増加割合は天草や NAT9 に比べ小さくなっており、焼である。

成変形に対する耐性が高いことが明らかとなった。
NAT11 と NAT9 の PI 値の平均値はそれぞれ 0.010 と参考文献0.016で、60％軽減することができた。支柱間距離100 mm1) 蒲地 伸明, 佐賀県窯業技術センター平成 29 年度研と 150 mm の比較では、すべての試料、焼成温度で 150

究報告書・支援事業報告書, 1-3 (2018)

mm の PI 値が小さくなっており、PI 値の比較では同じ支柱

2) 蒲地 伸明, 佐賀県窯業技術センター平成 30 年度研間距離での試験が必要なことが確認できた。

究報告書・支援事業報告書, 26-28 (2019)3) T. DENG, B. LIU, X. XU，J. WU，J. Ceram. Soc. Jpn.，123，11，1004-1009 (2015).

図 4 PI 値と焼成温度の関係.

最後に参考として NAT11 焼成体と天草撰上磁器の平均線熱膨張係数、吸水率、カサ比重、ビッカース硬度を
表 2 に示す。一般的な天草磁器と比較すると平均線熱膨張係数は近い値であった。またカサ比重は約 1.3 倍で、39