栃木県産業技術センター

研究報告No.20 (2023)

経常研究

県内産原料を用いた耐熱土及び耐熱釉薬の試作開発（第１報）
磯部大我*

星佳宏*

大和弘之*

Development of Clay and Glaze for Heat-resistant Pottery using Raw Materials fromTochigi Prefecture (1st Report)
ISOBE Daiga, HOSHI Yoshihiro and YAMATO Hiroyuki
県内産原料を用いた耐熱粘土及びペタライトの代替としてモミ灰を用いた安価な耐熱粘土の開発を行った。県内産原料として益子すいひ土を用い，ペタライト及び木節粘土を所定量配合した粘土を，1200℃～1220℃の温度域で焼成したものは，熱衝撃試験で割れ等の発生はなく，吸水率，熱膨張係数ともに一般的な耐熱陶器に必要とされる値を満たした。一方で，モミ灰からシャモットを作製し益子すいひ土に配合した粘土は，実用的な成形性がなく，焼成温度に関わらず耐熱粘土に要求される収縮率及び吸水率を満たすものはできなかった。
Key words:耐熱粘土，低熱膨張，耐熱衝撃性，ペタライト，モミ殻灰

１

はじめに

土は可塑性に優れ，配合することで可塑性が改善され陶器販売店において，土鍋やごはん鍋などの耐熱製る。ペタライトは，40％程度坏土に配合することで低熱品は，消費者からの一定のニーズがあり，季節を問わ膨張化することが知られており 1)，本試験においても同ず販売されている。益子町を中心とした販売店，国内様に行った。

外から訪れる消費者は，陶芸作家の個性的な作品を期

益子すいひ土は他産地の粘土に比べて砂分が多く，ペ待している傾向にある。このようなニーズがあるにもタライトは非可塑性の粉末であることから配合によりかかわらず製陶事業者は耐熱製品の製造を敬遠してい可塑性が悪くなる。このため益子すいひ土に対し，ペタる。この理由は製造技術，原材料，安全性に課題があライトの粒度，木節粘土の配合割合を変えて調合し，ロるためである。耐熱製品は，普通の陶器とは粘土も釉クロ成形，タタラ成形の試験を行い，可塑性を評価した。

薬も焼き方も違い，粘土に配合し製品の割れを防いで最も益子すいひ土の使用感に近い配合を用い，実際のくれるペタライト長石も高価である。また県内産の原使用に近い鍋型試験体と，各種試験用としてタイル型試料を用いた耐熱粘土の調製法が確立しておらず，製造験体を作製した。温度を変えた焼成試験に供し，目視にもされていない。製陶事業者が直火で割れない安全なよる割れ歪みの確認，熱衝撃試験，煮沸吸水試験を行っ製品のために研究，試験することは多くの時間や経費た。熱衝撃試験は，実際の使用に近い条件とするためが必要であり，技術面でもハードルが高い。消費者に2.95 ㎾相当の家庭用ガスコンロを用い，直火で温度差求められていても耐熱製品の製造が難しい理由はここ350℃として実施した。煮沸吸水試験は，乾燥機で 100℃にある。

を 3 時間保持，室温まで自然空冷し重量測定，乾燥重量

そこで，本研究では県内産原料を用いた安全な耐熱とした。次に水中で 2 時間煮沸後，12 時間以上浸漬し，粘土及び，モミ灰を原料に用いた安価な耐熱粘土の開水分を拭き取り重量測定，飽水重量として吸水率を計測

発を行った。

し た 。 さ ら に ， 熱 膨 張 係 数 の 計 測 （ NETZSCH JapanTD-5000S），X 線回折測定（㈱リガク UltimaⅣ）を行っ
２２．１

研究の方法た。

ペタライトを用いたリチア系耐熱粘土の開発

また，石膏型鋳込み成形用泥漿においては，粘土に水耐熱粘土の原材料として，益子すいひ土（益子焼協同と，解膠剤（水ガラス）を加える必要がある。ロクロ成組合・栃木県産），木節粘土（岐阜県産），ペタライト

形用と同様の配合を用いて，水と水ガラスの添加量を検＃52，＃80，＃200（ジンバブエ産）を用いた。木節粘討した。鋳込み成形のためには，水分量はできる限り少*ない方が優れているため，少しずつ水を加えながら練り栃木県産業技術センター

窯業技術支援センター- 92 -

栃木県産業技術センター

研究報告No.20 (2023)

合わせ，適切な水分量を見出した。水ガラスの添加量は，イ 40 目（＃34）とした。作製したモミ灰シャモットの X自作の粘度計を用い，100ml の流出時間を測定すること線回折測定を行い非晶質であるかを確認した。

で泥漿の解膠状態を推定した。調製した泥漿を用いて，モミ灰・非晶質シリカ耐熱粘土の作製及び評価は，リ鍋型試験体を成形し，鋳込み時間，着肉量，排泥及び脱チア系耐熱粘土と同様の手順で行った。

型の良否を評価した。
２．２

モミ灰を用いた非晶質シリカ系耐熱粘土の開発

３

安価な耐熱粘土として，ペタライトに代わる原料とし３．１2)

結果及び考察ペタライトを用いたリチア系耐熱粘土の開発て，非晶質シリカが低熱膨張 であることに注目し，モリチア系耐熱粘土はペタライト 40％程度の添加によ

ミ殻灰が非晶質であることから，非晶質シリカ系耐熱粘り低熱膨張化できることが知られている。入手可能なペ土を検討した。原材料には，益子すいひ土（益子焼協同

表１

ペタライトを用いた耐熱粘土の配合組合・栃木県産），モミ灰（JA いみず野・富山県産），(%)

木節粘土（岐阜県産），ペタライト＃200（ジンバブエ試料産）を用いた。モミ殻灰は，灰にする焼成温度の違いにペタライト

益子

木節

すいひ土

粘土

#52

#80#200

よって成分に違いが生じるため，安定したモミ灰非晶質

PC160-40--

シリカを製造している JA いみず野・富山県産を使用しPC2501040--

た。ペタライトは，モミ灰の中で分散しやすいように粒PC3402040--

度の小さい＃200 を使用した。

PC4303040--

モミ灰は植物の灰であるため，4％程度の炭酸カリウ

PC53030-40-

ムの他に，微量なアルカリ，アルカリ土類金属，その他

PC630301030-

PC730302020-

PC83030-3010の金属が含まれている。カリウムやナトリウムなど水溶性の炭酸塩は焼結に影響するため水洗によって除く必要がある。また，モミ灰は反応性の高いシリカ原料であることが知られている。そこで粗粒とするため，フルイ
40 目（＃34）を通す程度に粉砕する。予備実験から，直タライトには＃52，＃80，＃200 があるが，坏土との組接粘土に配合すると可塑性が悪くなるため，モミ灰をシみ合わせによる成形性への影響について検討した。表１

ャモットにすることを考えた。シャモットとは，粘土をに，検討した配合割合を示す。ロクロ成形による成形試

焼いて粉砕した原料で，坏土に配合すると，乾燥時の変験を行った結果，＃52 ペタライトを配合したものはザラ形を防ぎ，焼成時の収縮を抑える効果がある。

つきがあり，ロクロ成形時のコテ当て作業に支障があっモミ灰シャモットの作製方法は，木節粘土をバインダた。＃200 ペタライトを配合したものは，滑らかではあーとして配合し，まとめ上げ，煆焼する。これを粉砕しるが腰が弱くなった。#80 ペタライトを配合したものはて粒度を整えることを考えた。煆焼温度は結晶水が抜け最も益子すいひ土の使用感に近かった。このため，PC5る 750℃と，焼結が始まる頃と考えられる 900℃の 2 条の配合を最適とし，以後の評価試験に供した。

件で行った。シャモットの粒度は粗粒にするため，フル表２

温度を変えた焼成試験結果

鍋型試験体

焼成
温度

タイル型試験体
乾燥

焼成

全収縮率

収縮率(%)

収縮率(%)

(%)

○3.5

3.1

6.5

8.1

2.3

なし

○3.5

3.6

7.0

5.4

2.61220なし○3.54.1

7.5

3.02.51250

なし△3.54.68.0

1.72.91280

底にブク有×3.5

3.6

7.0

0.8

3.9

割れ・歪み

熱衝撃試験 ＊1180

なし

1200(℃)＊熱衝撃試験：○変化なし，△小さなひび割れ，×割れ- 93 -

吸水率(%)

熱膨張係数(×10 -6/℃)

栃木県産業技術センター

研究報告No.20 (2023)

次に，PC5 の配合を用いた石膏型鋳込み成形用泥漿を検β-Spodumene討した。乾燥させた原料を調合し，水を加えて坏土がクリ1280℃ーム状になる水分量を求めたところ，水分量 30％程度であることが分かった。この泥漿に対し，解膠剤として水ガラ
intensity / －1250℃

ス（珪酸ナトリウム）の添加量を検討した結果を図２に示す。泥漿は完全に解膠させると石膏型への着肉が悪くなる

1220℃

ことから，完全に解膠する少し手前が良いとされる 5)。実験の結果，0.17％～0.19％が最適であると考えられる。また，この配合における比重を計測したところ，1.9 程度で1200℃あり，土鍋など肉厚な製品の泥漿として適していると言える。また，石膏型鋳込み成形試験において，着肉，排泥，1180℃
18222630

脱型ともに良好であった。

34３．２ モミ灰を用いた非晶質シリカ系耐熱粘土の開発

2θ / °

図１ 温度を変えて焼成した PC５粘土の X 線回折

表３に示したモミ灰，木節粘土，ペタライトの配合割合

パターンを変えた 8 種類のシャモットを作製した。モミ灰シャモットの製作にあたり，木節粘土の粘性によってモミ灰を練り上げることができると予測したが，まとめることが困難だ

60n=1n=2

流出時間 / sec.

50

った。このため，CMC をバインダーとして用いたところ，練り上げることができた。乾燥後，結晶水が抜ける 750℃と，焼結が始まると考えられる 900℃で焼成，粉砕したモ40

ミ灰シャモットを，X 線回折測定に供した。結晶構造に大30きな違いは認められなかった。

201000.15

表３ モミ灰シャモットの配合（%）
0.160.170.180.190.200.210.22

試料

ﾍﾟﾀﾗｲﾄ#200

木節粘土

モミ灰

PS1203050

PS2162460

PS3121870

次に，鍋型試験体，タイル型試験体を作製し，温度を変PS481280

えた焼成を行った。その結果を表２，X 線回折パターンを

MS1-5050

図１に示す。実際に直火で使用するためには熱衝撃試験が

MS2-4060

重要であるが，その結果，1180℃～1220℃において，割れ，MS3-3070

ひび等の問題は起こらなかった。しかし 1180℃では焼結がMS4-2080

水ガラス添加量 / %図２ 泥漿の粘度変化弱いため水の染みが発生した。1250℃では内側に小さなひびが入ったが，この原因は吸水率が 1.7％と低く，加熱による熱衝撃を消費できるような気孔が少ないためと考えら

表４ モミ灰シャモットを用いた耐熱粘土の配合

れる 3)4)。1280℃では大きく割れが入った。この原因は，X（%）

線回折パターンが示すように，1250℃まで生成されていたいることにあると考えられる。また，熱膨張係数においては，1220℃以下で 2.6×10-6/℃以下であり，一般的な耐熱陶器に必要とされる 3.0×10-6/℃以下を満たしている。以
上の結果から，適した焼成温度域は，1200℃～1220℃であると考えられる。

- 94 -シャモット(750℃)

益子

木節

すいひ土

粘土

PS1PS4MS1MS4CPS1202060---

CPS431.25

31.25-

37.5--

CMS12020--60-

CMS431.2531.25---37.5試料

低熱膨張結晶 β-Spodumene 固溶体が，1280℃では消失して栃木県産業技術センター

研究報告No.20 (2023)

表５ 温度を変えた焼成試験結果
試料

焼成温度(℃)

割れ・歪み

乾燥収縮率(%)

焼成収縮率(%)

全収縮率(%)

吸水率(%)

1080

大きな歪みなし

3.0

8.3

11.0

20.3

1200

歪みあり

3.5

12.4

15.5

0.7

1280

歪みあり

3.5

膨化

-

18.5

1080

歪みあり

4.0

6.3

10.0

23.6

1200

歪みあり

4.5

12.0

16.0

6.8

1280

歪みあり

4.5

膨化

-

16.6

1080

大きな歪みなし

3.0

6.2

9.0

25.0

1200

変形少なめ

3.5

14.0

17.0

6.4

1280

歪みあり

3.5

膨化

-

13.1

1080

大きな歪みなし

4.0

5.2

9.0

25.8

1200

歪みあり

4.5

11.0

15.0

8.7

1280歪みあり

4.5

膨化-

15.7

CPS1

CPS4CMS1

CMS4750℃と比較すると 900℃の方がより炭素が抜けているた

10％が良いとされている 3)4)。しかし，煮沸吸水試験の結果，め白く，焼結が進んでいるため固い。このため，砕きやすさ

その条件を満たすのは 1140℃～1180℃以上の試験体であるのために 750℃焼成のシャモットを試験に供することとしが，いずれも焼成収縮率が 10％以上であり，歪みや変形がた。

起こりやすく，実用的ではない。

成分比を大きく振った 4 種類のシャモットを選び，粘土素これらの試験体において，この結果をもたらした原因を調地への配合，焼成試験に供した。なお，モミ灰シャモットは査，物性を評価するため，熱膨張率測定，X 線回折測定を行

乾燥収縮，焼成収縮を低くし，成形物の変形を防ぐ目的で，った。モミ灰の坏土への影響を調べるため，ペタライトの含比較的粗粒である 40 目のフルイを通す程度に粉砕した。モ

まれていない 1200℃焼成の試験体を選び，熱膨張率を測定

ミ灰・非晶質シリカ系耐熱粘土の予備実験から，シャモットした。結果は 5.6×10-6/℃であり，一般的な耐熱陶器のの成分比に関わらず，坏土に対するモミ灰の含有率が 30％

3.0×10-6/℃以下を超えており，直火には耐えることができ以上で可塑性が悪くなるため，表４の配合にて行った。しかし，実際に土練り，ロクロ成形，タタラ成形で試験体を作製

ｸﾘｽﾄﾊﾞﾗｲﾄ

したころ，全ての配合において，可塑性が悪く実用的ではな

1200℃
intensity / －いことが分かった。
可塑性が悪いが，モミ灰シャモットと坏土との反応についての知見を得る目的で，作製した試験体を，温度を変えて焼成した。焼成収縮率の結果は表５の通りである。ペタライト

1120℃を配合したものはより大きく収縮，変形していて，1220℃以
焼成前

上でガラス化した素地からのガスの発生により膨化が始まっていた。これは，ペタライトの成分であるリチウムによっ101520253035402θ / °て焼結が促進されたと考えられる。また，モミ灰シャモットの配合が多い素地の方が，収縮が大きい。これは，シャモッ

図３ CMS4 粘土の X 線回折パターン

6)

トを原因とする空隙が多く存在し ，焼結によって空隙が潰されたと考えられる。すべての試験体に共通することは，焼成温度が高いほど歪みや変形が大きい。実用的な焼成収縮率
は，6％程度であるが7)ない。また，焼成前，1120℃及び 1200℃で焼成した試験体，その条件を満たしているのは，を X 線回折により結晶構造の違いを調べた結果を図３に示1120℃以下である。しかし焼結が進んでいないため強度に劣す。1120℃で高熱膨張結晶であるクリストバライトが析出しる。ていて，1200℃ではより増加していることが分かる。

煮沸吸水率は，表５の通りである。耐熱陶器では適度な気以上の結果から，次のような課題が明らかになった。①比孔の存在が熱衝撃を消費してくれるため，煮沸吸水率 5～表面積が大きく，親水性があるため坏土へ配合したときに可- 95 -

栃木県産業技術センター

研究報告No.20 (2023)

塑水量が増加し，ブヨブヨして成形性が悪くなる。②焼成時粉砕を行い，粗粒モミ灰シャモットとし，これを坏土に対にモミ灰の細孔，空隙が潰れ，焼成収縮が大きくなる。③水し 38～60％配合して焼成試験を行ったが，成形性が悪く，洗後も，カリウムが残り，モミ灰非晶質シリカのクリストバ

また熱膨張率も要求される 3.0×10-6 よりも高い値となっライトへの結晶化が起こるため，熱膨張が大きくなる。モミた。これらの解決のために，次年度は，粘土に配合する原灰に含まれる炭酸カリウムは水溶性のため，水洗によって除料の再選定及びモミ灰の前処理方法を検討する予定であ去できると考えられるが，モミ灰を配合した素地の焼成試験る。

において，一般的な陶器よりも 100℃程度低い 1140℃以上で焼結が進んだ。これは水洗後も残留したカリウム及び微量な参考文献

カルシウムやナトリウムなどの影響ではないかと推測され

1) 伊藤隆：土鍋 セラミックスアーカイブズ p98（2009）る。

2）内山貴文：耐熱粘土原料および耐熱陶磁器

今後，これらの課題の解決のために，モミ灰の比表面積を公開特許公報 p5（2019）

減らすことと，カリウムをできる限り取り除く方法の開発な

3) 鈴木弘茂：窯協 72 〔11-2〕 p95（1964）

どが必要と考えられる。

4) 丸林良嗣・榊谷幹雄・林茂雄：合成コーディライトを添加した伊賀焼耐熱陶器における透明釉薬の開発とそ

４ おわりにの釉薬を用いた土鍋の試作及び評価

県内産原料を用いた，益子すいひ土に近い成形性，焼成

所 研究報告 No.40 p99（2016）三重県工業研究

呈色を持つ，リチア系耐熱粘土の開発を行った。県内産原5) 樋口わかな：やきものの科学 誠文堂新光社 p63（2021）

料として益子すいひ土 30％，可塑性付与のため木節粘土

6) 井上耕三・原尚道：もみがら灰の加熱条件とその性状30％，低熱膨張化のためにペタライト 40％の配合とし，1200℃～1220℃の温度域で焼成したものは，煮沸吸水率は無機マテリアル Vo.3 p316（1996）7) 栃木県窯業指導所：窯指ニュース データファイル 56

3％～5％であり，無釉であっても水の染みは少なく，熱衝撃試験において，割れ，ひび割れの発生は認められなかっp2（2001）
8) 佐藤努：粘土基礎講座Ⅰ 粘土科学第 4 巻第 1 号 p2-5

た。次年度は，開発した耐熱粘土に適合する透明釉，乳濁釉，マット釉を開発する予定である。
また，ぺタライトに代わる安価な低熱膨張原料を用いた（2001）
9) 素木洋一：わかりやすい工業用陶磁器 技報堂（1969）
10)社団法人窯業協会編：窯業工学ハンドブック新版

耐熱粘土の開発において，非晶質シリカ原料であるモミ灰報堂（1973）の利用を検討した。水洗したモミ灰を粘土と配合，焼成，- 96 -

技