JP2007051331A - 貴金属粘土用原料粉末 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結温度の低い貴金属粘土を作ることができる貴金属粘土用原料粉末を提供する。
【解決手段】粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒子充填空間率が３０〜５５％である貴金属粘土用原料粉末。
【選択図】 なし

Description

この発明は、焼結温度の低い貴金属粘土を作ることができる貴金属粘土用原料粉末に関するものである。

金銀などの貴金属からなる宝飾品または美術工芸品は一般に鋳造または鍛造により製造されが、近年、金銀粉末などの貴金属粉末を含んだ貴金属粘土を所定の形状に成形し、焼結して所定の形状を有する宝飾品または美術工芸品を製造する方法が提案されている。この方法によると、貴金属粘土を通常の粘土細工と同じように自由に造形を行うことができ、造形して得られた成形体は、乾燥したのち、焼結炉を設置した場所に運び、そこで焼結することにより極めて簡単に貴金属からなる装飾品または美術工芸品を製造することができる。

前記従来の貴金属粘土の内でも、銀粘土が最も大量に使用されており、この銀粘土は、純度：９９．９質量％以上を有し平均粒径：３〜２０μｍを有する銀またはそれらの合金粉末：７０〜９５質量％、セルローズ系水溶性バインダー：０．８〜８質量％、油脂：０．１〜３質量％、界面活性剤：０．０３〜３質量％を含有し、残りが水からなることが知られている。

しかし、この従来の銀粘土は、比較的高温で燒結する必要があるために高出力の電気炉を使用して焼結する必要があり、高出力の電気炉はある特定の場所に設置されているために銀粘土の成形体を高出力の電気炉の設置場所まで運搬し、そこで燒結しなければならなかった。そのために一般家庭にも設置することができる低出力で小型の電気炉を用いて手軽に銀の装飾品または美術工芸品を製造することのできる低温燒結可能な銀粘土が求められていた。

かかる要望に答えるために一層低温で燒結することのできる銀粘土として、平均粒径：０．０２〜４μｍのＡｇ微細粉末：１５〜５０質量％を含有し、残部が平均粒径：３〜２０μｍのＡｇ粉末となるように粒度調整をした銀粉末を作製し、この粒度調整をした銀粉末に対して有機系バインダ−および水を添加し混練して作製した、
（ａ）混合銀粉末：７０〜９５質量％、有機系バインダ−：０．８〜８質量％を含有し、残りが水、
（ｂ）混合銀粉末：７０〜９５質量％、有機系バインダー：０．８〜８質量％、界面活性剤：０．０３〜３質量％を含有し、残りが水、
（ｃ）混合銀粉末：７０〜９５質量％、有機系バインダー：０．８〜８質量％、油脂：０．１〜３質量％を含有し、残りが水、または、
（ｄ）混合銀粉末：７０〜９５質量％、有機系バインダー：０．８〜８質量％、油脂：０．１〜３質量％、界面活性剤：０．０３〜３質量％を含有し、残りが水からなる低温燒結性に優れた銀粘土が提供されている。

そして、この銀粘土に含まれる有機系バインダーとしては、セルロース系バインダー、ポリビニール系バインダー、アクリル系バインダー、ワックス系バインダー、樹脂系バインダー、澱粉、ゼラチン、小麦粉などいかなるバインダーを使用してもよいが、セルロース系バインダー、特に水溶性セルロースバインダーが最も好ましいとされている（特許文献１参照）。

さらに、平均粒径：２．２〜３．０μｍの貴金属粉末：３０〜７０質量％を含有し、残部が平均粒径：５〜２０μｍの貴金属粉末からなる貴金属混合粉末と有機バインダー水溶液とを混練してなる貴金属造形用粘土が知られている（特許文献２参照）。
特開２００２−２４１８０２号公報 特開２００４−１５６０７７号公報

これら従来の貴金属粘土は、いずれも平均粒径の異なる貴金属粉末を混合した貴金属混合粉末を原料粉末とし、この原料粉末に有機バインダー水溶液を加えて作製されるものであるが、これら従来の粒度調整した貴金属混合粉末を原料粉末とし貴金属粘土はいずれも低い温度で焼結しても焼結体を作製することができるが、得られた焼結体の密度および強度が十分に向上せず、焼結体の密度および強度の一層の向上が求められていた。

そこで、本発明者らは、高強度および高密度の焼結体を得るべく研究を行った。その結果、
（イ）貴金属粘土に含まれる粒径：５０μｍ以下の貴金属原料粉末の粒子充填空間率が焼結温度に大きく影響を及ぼし、粒子充填空間率が小さいほど焼結温度が低下する、
（ロ）従来の貴金属原料粉末の粒子充填空間率は５５越え〜７０％の範囲内にあったのに対し、粒子充填空間率をこれより小さい３０〜５５％の貴金属原料粉末を用いて作製した貴金属粘土は焼結温度を一層低くすることができ、得られた貴金属焼結体の強度が向上する、という知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであって、
（１）粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒子充填空間率が３０〜５５％である貴金属粘土用原料粉末、に特徴を有するものである。
前記粒子充填空間率は、粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末を容量：２５ｍｌの容器に充填して高低差３．２ｍｍを上下に２０００サイクル振動させた状態の貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒子充填空間率である。したがって、この発明は、
（２）前記粒子充填空間率は、粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末を容量：２５ｍｌの容器に充填して高低差３．２ｍｍを上下に２０００サイクル振動させた状態の貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒子充填空間率である前記（１）記載の貴金属粘土用原料粉末、に特長を有するものである。そして、前記粒子充填空間率は、粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末の体積をＶ_Ｐとすし、粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末を容量：２５ｍｌの容器に充填して高低差３．２ｍｍを上下に２０００サイクル振動させた状態の貴金属粉末または貴金属合金粉末のかさ体積をＶとすると、１−Ｖ／Ｖ_Ｐで求められる値である。

この発明の貴金属原料粉末で使用する貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒径は５０μｍ以下であり、この粒径は特に新規なものではなく、一般に広く市販されている貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒径である。

前記（１）または（２）記載の貴金属粘土用原料粉末に有機系バインダーを混練してこの発明の貴金属粘土を作製することができる。したがって、この発明は、（３）前記（１）または（２）記載の貴金属粘土用原料粉末に有機系バインダーを混練してなる貴金属粘土、に特徴を有するものである。
前記（３）記載の貴金属粘土を使用して作製した造形物を乾燥した後焼結することにより貴金属焼結体を製造することができる。したがって、この発明は、
（４）前記（３）記載の貴金属粘土を使用して作製した造形物を乾燥した後焼結する貴金属焼結体の製造方法、
（５）前記（４）記載の方法により製造した貴金属焼結体、に特徴を有するものである。

この発明の貴金属粘土用原料粉末を含むこの発明の貴金属粘土は、前記（１）または（２）記載の貴金属粘土用原料粉末：８５〜９５質量％に、
（ａ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、残部：水、
（ｂ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、水溶性セルロースバインダー：０．０２〜４質量％、残部：水、
（ｃ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、水溶性アクリルバインダー：０．０２〜１質量％、残部：水、
（ｄ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、水溶性セルロースバインダー：０．０２〜４質量％、水溶性アクリルバインダー：０．０２〜１質量％、残部：水、
（ｅ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、ポリエチレンオキサイドまたはポリプロピレンオキサイド：０．０２〜２質量％、残部：水、
（ｆ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、水溶性セルロースバインダー：０．０２〜４質量％、ポリエチレンオキサイドまたはポリプロピレンオキサイド：０．０２〜２質量％、残部：水、
（ｇ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、水溶性アクリルバインダー：０．０２〜１質量％、ポリエチレンオキサイドまたはポリプロピレンオキサイド：０．０２〜２質量％、残部：水、または、
（ｈ）ウレタン樹脂バインダー：０．０２〜４質量％、水溶性セルロースバインダー：０．０２〜４質量％、水溶性アクリルバインダー：０．０２〜１質量％、ポリエチレンオキサイドまたはポリプロピレンオキサイド：０．０２〜２質量％、残部：水、
となるようにウレタン樹脂バインダー、水溶性セルロースバインダー、水溶性アクリルバインダー、ポリエチレンオキサイドまたはポリプロピレンオキサイドをそれぞれ配合し混練することにより製造することができる。

これら、貴金属粘土用原料粉末、有機バインダーおよび水の含有量はすでに知られている量であり、この発明の貴金属粘土用原料粉末に添加して貴金属粘土を製造するための有機バインダーはこれらに限定されるものではなく、これら以外のいかなる有機バインダーであってもよい。

この発明の貴金属粘土用原料粉末の粒子充填空間率を３０〜５５％の範囲内に限定した理由は、貴金属粘土用原料粉末の粒子充填空間率が３０％未満では大粒径粉末の割合が多くなりすぎて焼結性が低下し、得られた焼結体の強度が落ちるので好ましくなく、一方、５５％を越えて含有すると貴金属粘土の焼結性が低下するので好ましくないからである。

この発明の貴金属粘土用原料粉末を用いて作製した貴金属粘土は、従来の貴金属粘土に比べて低温焼結しても優れた強度を有するところから、従来よりも一層低温度で焼結が可能となり、焼結時の変形が防止できて、より大型でかつ繊細複雑な装飾品または美術工芸品をつくることができるなど優れた効果を奏するものである。

実施例１
本発明金粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が４０％を有する純金粉末を用意し、比較金粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が２８％を有する純金粉末を用意し、さらに従来金粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が６０％を有する純金粉末を用意した。

粒子充填空間率：４０％の本発明金粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、本発明金粘土用原料粉末：９０質量％、水溶性セルロースバインダー：４．６質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して金粘土を作製し、
粒子充填空間率：２８％の比較金粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、比較金粘土用原料粉末：９０質量％、水溶性セルロースバインダー：４．６質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して金粘土を作製し、
さらに粒子充填空間率：６０％の従来金粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、従来金粘土用原料粉末：９０質量％、水溶性セルロースバインダー：４．６質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して金粘土を作製した。

これら金粘土を用いて縦：２ｍｍ、横：４ｍｍ、長さ：５２ｍｍの寸法を有する成形体を作製し、得られた成形体をドライヤーまたはホットプレートで３０分間乾燥することにより縦：１．８ｍｍ、横：３．６ｍｍ、長さ：４７ｍｍの寸法を有する乾燥成形体を作製し、得られた乾燥成形体を表１に示される５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃および１０００℃の異なる温度で焼結し、得られた焼結体の密度比、抗折強度を測定し、その測定結果を表１に示した。

表１に示される結果から、粒子充填空間率：４０％を有する本発明金粘土用原料粉末１を含む金粘土を５００℃で焼結した焼結体は、粒子充填空間率が６０％を有する従来金粘土用原料粉末１を含む金粘土を５００℃で焼結した焼結体と比較して密度比および強度が優れていることが分かる。しかし、粒子充填空間率がこの発明の範囲から外れて低い粒子充填空間率が２８％を有する比較金粘土用原料粉末１を含む金粘土を５００℃で焼結した焼結体は密度比および強度が低下することが分かる。同様にして、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃および１０００℃で焼結した焼結体についてもそれぞれ同じ効果を有することが分かる。
実施例１−１
平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が表１−１に示されるように異なった粒子充填空間率を有する純金粉末からなる本発明金粘土用原料粉末２〜８を作製した。これら粒子充填空間率が異なる本発明金粘土用原料粉末２〜８に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、本発明金粘土用原料粉末２〜８：９０質量％、水溶性セルロースバインダー：４．６質量％、残部：水の組成となるようにそれぞれ配合し、混練して金粘土を作製し、これら金粘土を用いて縦：２ｍｍ、横：４ｍｍ、長さ：５２ｍｍの寸法を有する成形体を作製し、得られた成形体をドライヤーまたはホットプレートで３０分間乾燥することにより縦：１．８ｍｍ、横：３．６ｍｍ、長さ：４７ｍｍの寸法を有する乾燥成形体を作製し、得られた乾燥成形体をいずれも９００℃の温度で焼結し、得られた焼結体の密度比、抗折強度を測定し、その測定結果を表１−１に示した。なお、表１−１における従来金粘土用原料粉末１および比較金粘土用原料粉末１を使用して得られた焼結体の密度比および抗折強度の値は、実施例１で得られた表１に示される値を用いた。

表１−１に示される結果から、粒子充填空間率：３０〜５５％を有する本発明金粘土用原料粉末２〜８を含む金粘土を９００℃で焼結した焼結体は、粒子充填空間率が６０％を有する従来金粘土用原料粉末１を含む金粘土を９００℃で焼結した焼結体と比較して密度比および強度が優れていることが分かる。しかし、粒子充填空間率がこの発明の範囲から外れて低い粒子充填空間率が２８％を有する比較金粘土用原料粉末１を含む金粘土を９００℃で焼結した焼結体は密度比および強度が低下することが分かる。

実施例２
本発明銀粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が４０％を有する純銀粉末を用意し、比較銀粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が２８％を有する純銀粉末を用意し、さらに従来銀粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が６０％を有する純銀粉末を用意した。

粒子充填空間率：４０％の本発明銀粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、本発明銀粘土用原料粉末１：９１質量％、水溶性セルロースバインダー：４．０質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して銀粘土を作製し、
粒子充填空間率：２８％の比較銀粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、比較銀粘土用原料粉末１：９１質量％、水溶性セルロースバインダー：４．０質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して銀粘土を作製し、
さらに粒子充填空間率：６０％の従来銀粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、従来銀粘土用原料粉末１：９１質量％、水溶性セルロースバインダー：４．０質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して銀粘土を作製した。

これら銀粘土を用いて縦：２ｍｍ、横：４ｍｍ、長さ：５２ｍｍの寸法を有する成形体を作製し、得られた成形体をドライヤーまたはホットプレートで３０分間乾燥することにより縦：１．８ｍｍ、横：３．６ｍｍ、長さ：４７ｍｍの寸法を有する乾燥成形体を作製し、得られた乾燥成形体を表２に示される５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃および１０００℃の異なる温度で焼結し、得られた焼結体の密度比、抗折強度を測定し、その測定結果をを表２に示した。

表２に示される結果から、粒子充填空間率：４０％を有する本発明銀粘土用原料粉末１を含む銀粘土を５００℃で焼結した焼結体は、粒子充填空間率が６０％を有する従来銀粘土用原料粉末１を含む銀粘土を５００℃で焼結した焼結体と比較して密度比および強度が優れていることが分かる。しかし、粒子充填空間率がこの発明の範囲から外れて低い粒子充填空間率が２８％を有する比較銀粘土用原料粉末１を含む銀粘土を５００℃で焼結した焼結体は密度比および強度が低下することが分かる。同様にして、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃および１０００℃で焼結した焼結体についてもそれぞれ同じ効果を有することが分かる。
実施例２−１
平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が表２−１に示されるように異なった粒子充填空間率を有する純銀粉末からなる本発明銀粘土用原料粉末２〜８を作製した。これら粒子充填空間率が異なる本発明銀粘土用原料粉末２〜８に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、本発明銀粘土用原料粉末２〜８：９０質量％、水溶性セルロースバインダー：４．６質量％、残部：水の組成となるようにそれぞれ配合し、混練して銀粘土を作製し、これら銀粘土を用いて縦：２ｍｍ、横：４ｍｍ、長さ：５２ｍｍの寸法を有する成形体を作製し、得られた成形体をドライヤーまたはホットプレートで３０分間乾燥することにより縦：１．８ｍｍ、横：３．６ｍｍ、長さ：４７ｍｍの寸法を有する乾燥成形体を作製し、得られた乾燥成形体をいずれも７００℃の温度で焼結し、得られた焼結体の密度比、抗折強度を測定し、その測定結果を表２−１に示した。なお、表２−１における従来銀粘土用原料粉末１および比較銀粘土用原料粉末１を使用して得られた焼結体の密度比および抗折強度の値は、実施例２で得られた表２に示される値を用いた。

表２−１に示される結果から、粒子充填空間率：３０〜５５％を有する本発明銀粘土用原料粉末２〜８を含む銀粘土を７００℃で焼結した焼結体は、粒子充填空間率が６０％を有する従来銀粘土用原料粉末１を含む銀粘土を７００℃で焼結した焼結体と比較して密度比および強度が優れていることが分かる。しかし、粒子充填空間率がこの発明の範囲から外れて低い粒子充填空間率が２８％を有する比較銀粘土用原料粉末１を含む銀粘土を７００℃で焼結した焼結体は密度比および強度が低下することが分かる。

実施例３
本発明金合金粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が４０％を有する金合金（Ａｕ−２５％Ａｇ）粉末を用意し、比較金合金粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が２８％を有する金合金（Ａｕ−２５％Ａｇ）粉末を用意し、さらに従来金合金粘土用原料粉末１として平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が６０％を有する金合金（Ａｕ−２５％Ａｇ）粉末を用意した。

粒子充填空間率：４０％の本発明金合金粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、本発明金合金粘土用原料粉末１：９３質量％、水溶性セルロースバインダー：３．１質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して金合金粘土を作製し、
粒子充填空間率：２８％の比較金合金粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、比較金合金粘土用原料粉末１：９３質量％、水溶性セルロースバインダー：３．１質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して金合金粘土を作製し、
さらに粒子充填空間率：６０％の従来金合金粘土用原料粉末１に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、従来金合金粘土用原料粉末１：９．３質量％、水溶性セルロースバインダー：３．１質量％、残部：水の組成となるように配合し、混練して金合金粘土を作製した。

これら金合金粘土を用いて縦：２ｍｍ、横：４ｍｍ、長さ：５２ｍｍの寸法を有する成形体を作製し、得られた成形体をドライヤーまたはホットプレートで３０分間乾燥することにより縦：１．８ｍｍ、横：３．６ｍｍ、長さ：４７ｍｍの寸法を有する乾燥成形体を作製し、得られた乾燥成形体を表３に示される５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃および１０００℃の異なる温度で焼結し、得られた焼結体の密度比、抗折強度を測定し、その測定結果を表３に示した。

表３に示される結果から、粒子充填空間率：４０％を有する本発明金合金粘土用原料粉末１を含む金合金粘土を５００℃で焼結した焼結体は、粒子充填空間率が６０％を有する従来金合金粘土用原料粉末１を含む金合金粘土を５００℃で焼結した焼結体と比較して密度比および強度が優れていることが分かる。しかし、粒子充填空間率がこの発明の範囲から外れて低い粒子充填空間率が２８％を有する比較金合金粘土用原料粉末１を含む金合金粘土を５００℃で焼結した焼結体は密度比および強度が低下することが分かる。同様にして、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃および１０００℃で焼結した焼結体についてもそれぞれ同じ効果を有することが分かる。
実施例３−１
平均粒径：１０μｍを有しかつ粒子充填空間率が表３−１に示されるように異なった粒子充填空間率を有する純金合金粉末からなる本発明金合金粘土用原料粉末２〜８を作製した。これら粒子充填空間率が異なる本発明金合金粘土用原料粉末２〜８に対し、水溶性セルロースバインダーおよび水を、本発明金合金粘土用原料粉末２〜８：９０質量％、水溶性セルロースバインダー：４．６質量％、残部：水の組成となるようにそれぞれ配合し、混練して金合金粘土を作製し、これら金合金粘土を用いて縦：２ｍｍ、横：４ｍｍ、長さ：５２ｍｍの寸法を有する成形体を作製し、得られた成形体をドライヤーまたはホットプレートで３０分間乾燥することにより縦：１．８ｍｍ、横：３．６ｍｍ、長さ：４７ｍｍの寸法を有する乾燥成形体を作製し、得られた乾燥成形体をいずれも８００℃の温度で焼結し、得られた焼結体の密度比、抗折強度を測定し、その測定結果を表３−１に示した。なお、表３−１における従来金合金粘土用原料粉末１および比較金合金粘土用原料粉末１を使用して得られた焼結体の密度比および抗折強度の値は、実施例３で得られた表３に示される値を用いた。

表３−１に示される結果から、粒子充填空間率：３０〜５５％を有する本発明金合金粘土用原料粉末２〜８を含む金合金粘土を８００℃で焼結した焼結体は、粒子充填空間率が６０％を有する従来金合金粘土用原料粉末１を含む金合金粘土を８００℃で焼結した焼結体と比較して密度比および強度が優れていることが分かる。しかし、粒子充填空間率がこの発明の範囲から外れて低い粒子充填空間率が２８％を有する比較金合金粘土用原料粉末１を含む金合金粘土を８００℃で焼結した焼結体は密度比および強度が低下することが分かる。

Claims (5)

1. 粒径：５０μｍ以下を有しかつ粒子充填空間率が３０〜５５％である貴金属粉末または貴金属合金粉末からなることを特徴とする貴金属粘土用原料粉末。
2. 前記粒子充填空間率は、粒径：５０μｍ以下を有する貴金属粉末または貴金属合金粉末を容量：２５ｍｌの容器に充填して高低差３．２ｍｍを上下に２０００サイクル振動させた状態の貴金属粉末または貴金属合金粉末の粒子充填空間率であることを特徴とする請求項１記載の貴金属粘土用原料粉末。
3. 請求項１または２記載の貴金属粘土用原料粉末に有機系バインダーを混練してなることを特徴とする貴金属粘土。
4. 請求項３記載の貴金属粘土を使用して作製した造形物を乾燥した後焼結することを特徴とする貴金属焼結体の製造方法。
5. 請求項４記載の方法により製造した貴金属焼結体。