JP3555589B2 - 陶磁器用天然原料の評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衛生陶器、タイル等の陶磁器用天然原料の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陶磁器の成形に用いられる素地泥漿は、複数の天然原料から、粉砕、混合などの工程を経て調製されているが、素地泥漿の特性は、着肉性、可塑性、保型性によって評価されている。一方、天然原料の単独の状態での品質管理は、各天然原料の化学組成、鉱物組成を分析することにより行われていた。例えば、特開２０００−１３５９号公報に開示されているように、複数の原料の鉱物組成、化学組成、成形性等の特性によって原料を評価し、それらの原料の特性を使って、目標の素地特性を有するセラミック素地を設計することが知られている。
【０００３】
すなわち、各天然原料の化学組成、鉱物組成を分析して品質管理をし、一定の目標値を満たした原料を一定の割合で、素地泥漿を調合する。また、素地泥漿としての特性評価は、図６に示すように、石膏型に一定時間着肉させて、その成形体を評価し、基準外の泥漿を廃棄する手段を採っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、素地泥漿の評価結果から基準外の原料特定は困難であり、また評価精度が低い為、成形体の品質にバラツキが生じる場合が多い。また、基準外の泥漿を廃棄することは、コストが高くつく原因となる。
【０００５】
更に、天然原料は、産地、入荷するロット等により品質変動があり、各天然原料の化学組成、鉱物組成を分析するだけでは、素地泥漿の特性の変動要因を事前に予測することはできなかった。
【０００６】
したがって本願発明の目的は、各天然原料の特性を的確に評価し、しかも素地泥漿の品質変動を予測できる陶磁器用天然原料の評価方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は、複数の天然原料単独の特性を一定の実験方法によって評価し、前記複数の天然原料を一定の割合で混合して泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形して陶磁器素地とする陶磁器用天然原料の評価方法において、前記天然原料単独での着肉性、保形性、及び可塑性を予め調べ、これらの天然原料毎のデータに基づいて目的とする素地の着肉性、保形性及び可塑性を予測し、この予測値から原料混合前に原料の合否を判定する構成とした。前記天然原料の着肉性を評価する具体的方法としては、泥漿の性状として平均粒径３〜５０μｍ、濃度２５０〜３５０ｇ／２００ｍｌ、降伏値５０ｄＰａ以下になるように調整して、通水性の均質な標準濾紙を用いた加圧着肉方式により、前記天然原料の厚み付きを測定する方法、前記天然原料の保型性を評価する具体的方法としては、前記加圧着肉方式によって得られた着肉成形体から一定の大きさの様品を採取し、振動試験によるその液状化度を測定する方法、前記天然原料の可塑性を評価する具体的方法としては、前記天然原料の可塑性係数を測定する方法が挙げられる。
【０００８】
上記構成とすることで、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、素地泥漿の品質変動が事前に予測して、対応を行うことができる。
【０００９】
また、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、他銘柄の天然原料を使用する際の品質変動に対する対応、鉱山での天然原料の品質の安定化、管理体制の強化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本願発明における陶磁器用天然原料の評価方法を具体的に説明する。天然原料の着肉性を評価する方法に関しては、加圧着肉方式がある。すなわち、陶石系原料の場合、レーザー粒度計を用いた場合には、平均粒径３〜３０μｍの任意の範囲で±５μｍ、又は篩を用いた場合には、３〜５０μｍの任意の累積篩下％で±５％の範囲で調整する。濃度は２５０〜３５０ｇ／２００ｍｌの間の任意の濃度で±２ｇ／２００ｍｌの範囲で調整する。降伏値は５０ｄＰａ以下の任意の値で、±２ｄＰａ以内で統一する。
【００１１】
測定条件は、４０℃以下の任意の温度で±３℃（できれば、±１．０℃が好ましい）とする。図１に示すように、加圧装置架台１の上に濾紙破れ防止のために、５００μｍ以下の篩目の金網２を敷き、その上に通水性の均質な標準濾紙を敷き、５〜３０ｍｌの水で濡らす。更に、円筒管４と加圧装置上蓋５を設置し、上蓋固定ナット６で加圧装置上蓋５を固定する。
【００１２】
次に、スラリー注入口７より泥漿１００ｍｌ以上を注入し、注入口の栓を締めた後、加圧注入口８から５０〜５００ｋＰａの範囲で一定の空気圧力を１０〜３０分間の範囲で一定時間をかけて加圧する。加圧終了後、装置内の空気圧力を開放して、注入口の栓をあけ、未着肉スラリーを排出し、再び注入口の栓を締めた後、５０〜５００ｋＰａの範囲で一定の空気圧力を１０秒〜２０分間かけて加圧して、図２に示すように、天然原料の着肉体９が形成される。最後に、天然原料の着肉体９を形が崩れないように切りだし、ノギス、ダイヤルゲージ、マイクロメーター、光学式厚み計のいずれかにより、中央部又は中央部及びその周りの数カ所を測定し平均厚み付き量とする。
【００１３】
次に、天然原料の保型性を評価するためには、振動試験による液状化度を測定する方法を用いる。すなわち、天然原料の着肉体９から一定の大きさの試験サンプルを採取し、図３に示す試験用バイブレーターの試料測定台１０に設置し、バイブレーター切り替えつまみ１１で振動段階を、バイブレーター強弱用スイッチ１２で振動の強さを、調整しながら振動を与えて評価を行った。なお、段階的に振動強さを変化する代りに、連続的に変化させても良い。
【００１４】
着肉体９に振動を与えることにより、保水力に劣り、粒子間付着力が弱い原料は液状化現象を起こす。液状化が始まった振動段階を天然原料単独の保型性として評価する。
【００１５】
更に、天然原料の可塑性を評価するためには、天然原料のスラリーの可塑性係数を測定することにより行う。具体的には、図４に示す強度試験機（オートグラフ）を用いて測定する。測定する天然原料の泥漿を所定の可塑性試験用石膏型に流し込み、その天然原料の泥漿の厚み付きに合わせた所定の厚み付き時間及び締り時間時間を置いて脱型する。その後、はみ出しを落として測定試料１３とし、更に、測定試料１３を一本ずつビニールなどで密閉する。なお、可塑性評価には、触感による伸び、硬さなどの段階評価を行って評価しても良い。
【００１６】
図４に示すように、支点取り付け架台１４の上に支点台１５を設置し、その上に測定試料１３を載せて、ロードセル１６と一体化されている３点曲げポンチ１７を下ろして、測定試料１３を指す。なお、ロードセル１６の下降速度は、０．５〜５ｍｍ／ｍｉｎの範囲で一定速度とする。
【００１７】
測定試料１３の強度（湿潤抗曲強度）は、次のように求められる。
Ｓｔ＝３Ｐｌ／２ａｂ２ （１）
ここで、Ｓｔ：強度（ｘ１０−２ＭＰａ）；Ｐ：破断荷重（Ｎ）；
ｌ：スパン（ｃｍ）；ａ：幅（ｃｍ）；ｂ：厚さ（ｃｍ）。
更に、強度Ｓｔの値を次の式に代入して可塑性係数Ｊを求める。
（Ｓｔ−０．８９）（ｆ（ｓｔ）−０．５３）＝１．４３ （２）
Ｊ＝Ｄ／ｆ（ｓｔ） （３）
ここで、ｆ（ｓｔ）：強度による最大変形量の変化項；Ｄ：変形量（ｍｍ）。
【００１８】
表１に上記の評価方法により、天然原料の厚み付き変動から、素地の厚み付き変動を予測する結果を表す。なお、表１により、素地の厚み付き変動の予測値と実測値とは、ほぼ一致していて、予測精度が高いことがわかる。
【００１９】
【表１】
【００２０】
また、図５のフローチャートで示したように、上記の天然原料単独の特性を評価して、その結果によって、不合格となる原料は早期に除去することができ、素地泥漿への影響を抑制することができる。さらに、素地泥漿については、再度念の為、天然原料の特性評価と同じく着肉性、可塑性、及び保型性を評価することが好ましい。これにより、厳密な素地泥漿の特性を管理することが可能となる。
【００２１】
なお、本願発明の着肉性、可塑性、及び保型性に関する評価方法は、天然原料、素地泥漿などの成形体になるまでの任意段階の原料、泥漿に施してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本願発明によれば、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、素地泥漿の品質変動を事前に予測して、対応を行うことができる。
【００２３】
また、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、他銘柄の天然原料の使用する際の品質変動に対する対応、鉱山での天然原料の品質の安定化、管理体制の強化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る加圧装置の説明図
【図２】本願発明に係る加圧装置内の着肉体の説明図
【図３】本願発明に係るバイブレーター装置の説明図
【図４】本願発明にかかるオートグラフ装置の説明図
【図５】本願発明に係る天然原料の特性を評価する構成ブロックの説明図
【図６】従来に係る天然原料の特性を評価する構成ブロックの説明図
【符号の説明】
１…加圧装置架台、 ２…金網、 ３…ろ紙、 ４…円筒管、 ５…加圧装置上蓋、 ６…上蓋固定ナット、 ７…スラリー注入口、 ８…加圧注入口、 ９…天然原料の着肉体、 １０…試料測定台、 １４…支点取り付け架台、 １５…支点台、 １６…測定試料、 １７…３点曲げポンチ。
【発明の属する技術分野】
本発明は衛生陶器、タイル等の陶磁器用天然原料の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陶磁器の成形に用いられる素地泥漿は、複数の天然原料から、粉砕、混合などの工程を経て調製されているが、素地泥漿の特性は、着肉性、可塑性、保型性によって評価されている。一方、天然原料の単独の状態での品質管理は、各天然原料の化学組成、鉱物組成を分析することにより行われていた。例えば、特開２０００−１３５９号公報に開示されているように、複数の原料の鉱物組成、化学組成、成形性等の特性によって原料を評価し、それらの原料の特性を使って、目標の素地特性を有するセラミック素地を設計することが知られている。
【０００３】
すなわち、各天然原料の化学組成、鉱物組成を分析して品質管理をし、一定の目標値を満たした原料を一定の割合で、素地泥漿を調合する。また、素地泥漿としての特性評価は、図６に示すように、石膏型に一定時間着肉させて、その成形体を評価し、基準外の泥漿を廃棄する手段を採っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、素地泥漿の評価結果から基準外の原料特定は困難であり、また評価精度が低い為、成形体の品質にバラツキが生じる場合が多い。また、基準外の泥漿を廃棄することは、コストが高くつく原因となる。
【０００５】
更に、天然原料は、産地、入荷するロット等により品質変動があり、各天然原料の化学組成、鉱物組成を分析するだけでは、素地泥漿の特性の変動要因を事前に予測することはできなかった。
【０００６】
したがって本願発明の目的は、各天然原料の特性を的確に評価し、しかも素地泥漿の品質変動を予測できる陶磁器用天然原料の評価方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は、複数の天然原料単独の特性を一定の実験方法によって評価し、前記複数の天然原料を一定の割合で混合して泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形して陶磁器素地とする陶磁器用天然原料の評価方法において、前記天然原料単独での着肉性、保形性、及び可塑性を予め調べ、これらの天然原料毎のデータに基づいて目的とする素地の着肉性、保形性及び可塑性を予測し、この予測値から原料混合前に原料の合否を判定する構成とした。前記天然原料の着肉性を評価する具体的方法としては、泥漿の性状として平均粒径３〜５０μｍ、濃度２５０〜３５０ｇ／２００ｍｌ、降伏値５０ｄＰａ以下になるように調整して、通水性の均質な標準濾紙を用いた加圧着肉方式により、前記天然原料の厚み付きを測定する方法、前記天然原料の保型性を評価する具体的方法としては、前記加圧着肉方式によって得られた着肉成形体から一定の大きさの様品を採取し、振動試験によるその液状化度を測定する方法、前記天然原料の可塑性を評価する具体的方法としては、前記天然原料の可塑性係数を測定する方法が挙げられる。
【０００８】
上記構成とすることで、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、素地泥漿の品質変動が事前に予測して、対応を行うことができる。
【０００９】
また、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、他銘柄の天然原料を使用する際の品質変動に対する対応、鉱山での天然原料の品質の安定化、管理体制の強化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本願発明における陶磁器用天然原料の評価方法を具体的に説明する。天然原料の着肉性を評価する方法に関しては、加圧着肉方式がある。すなわち、陶石系原料の場合、レーザー粒度計を用いた場合には、平均粒径３〜３０μｍの任意の範囲で±５μｍ、又は篩を用いた場合には、３〜５０μｍの任意の累積篩下％で±５％の範囲で調整する。濃度は２５０〜３５０ｇ／２００ｍｌの間の任意の濃度で±２ｇ／２００ｍｌの範囲で調整する。降伏値は５０ｄＰａ以下の任意の値で、±２ｄＰａ以内で統一する。
【００１１】
測定条件は、４０℃以下の任意の温度で±３℃（できれば、±１．０℃が好ましい）とする。図１に示すように、加圧装置架台１の上に濾紙破れ防止のために、５００μｍ以下の篩目の金網２を敷き、その上に通水性の均質な標準濾紙を敷き、５〜３０ｍｌの水で濡らす。更に、円筒管４と加圧装置上蓋５を設置し、上蓋固定ナット６で加圧装置上蓋５を固定する。
【００１２】
次に、スラリー注入口７より泥漿１００ｍｌ以上を注入し、注入口の栓を締めた後、加圧注入口８から５０〜５００ｋＰａの範囲で一定の空気圧力を１０〜３０分間の範囲で一定時間をかけて加圧する。加圧終了後、装置内の空気圧力を開放して、注入口の栓をあけ、未着肉スラリーを排出し、再び注入口の栓を締めた後、５０〜５００ｋＰａの範囲で一定の空気圧力を１０秒〜２０分間かけて加圧して、図２に示すように、天然原料の着肉体９が形成される。最後に、天然原料の着肉体９を形が崩れないように切りだし、ノギス、ダイヤルゲージ、マイクロメーター、光学式厚み計のいずれかにより、中央部又は中央部及びその周りの数カ所を測定し平均厚み付き量とする。
【００１３】
次に、天然原料の保型性を評価するためには、振動試験による液状化度を測定する方法を用いる。すなわち、天然原料の着肉体９から一定の大きさの試験サンプルを採取し、図３に示す試験用バイブレーターの試料測定台１０に設置し、バイブレーター切り替えつまみ１１で振動段階を、バイブレーター強弱用スイッチ１２で振動の強さを、調整しながら振動を与えて評価を行った。なお、段階的に振動強さを変化する代りに、連続的に変化させても良い。
【００１４】
着肉体９に振動を与えることにより、保水力に劣り、粒子間付着力が弱い原料は液状化現象を起こす。液状化が始まった振動段階を天然原料単独の保型性として評価する。
【００１５】
更に、天然原料の可塑性を評価するためには、天然原料のスラリーの可塑性係数を測定することにより行う。具体的には、図４に示す強度試験機（オートグラフ）を用いて測定する。測定する天然原料の泥漿を所定の可塑性試験用石膏型に流し込み、その天然原料の泥漿の厚み付きに合わせた所定の厚み付き時間及び締り時間時間を置いて脱型する。その後、はみ出しを落として測定試料１３とし、更に、測定試料１３を一本ずつビニールなどで密閉する。なお、可塑性評価には、触感による伸び、硬さなどの段階評価を行って評価しても良い。
【００１６】
図４に示すように、支点取り付け架台１４の上に支点台１５を設置し、その上に測定試料１３を載せて、ロードセル１６と一体化されている３点曲げポンチ１７を下ろして、測定試料１３を指す。なお、ロードセル１６の下降速度は、０．５〜５ｍｍ／ｍｉｎの範囲で一定速度とする。
【００１７】
測定試料１３の強度（湿潤抗曲強度）は、次のように求められる。
Ｓｔ＝３Ｐｌ／２ａｂ２ （１）
ここで、Ｓｔ：強度（ｘ１０−２ＭＰａ）；Ｐ：破断荷重（Ｎ）；
ｌ：スパン（ｃｍ）；ａ：幅（ｃｍ）；ｂ：厚さ（ｃｍ）。
更に、強度Ｓｔの値を次の式に代入して可塑性係数Ｊを求める。
（Ｓｔ−０．８９）（ｆ（ｓｔ）−０．５３）＝１．４３ （２）
Ｊ＝Ｄ／ｆ（ｓｔ） （３）
ここで、ｆ（ｓｔ）：強度による最大変形量の変化項；Ｄ：変形量（ｍｍ）。
【００１８】
表１に上記の評価方法により、天然原料の厚み付き変動から、素地の厚み付き変動を予測する結果を表す。なお、表１により、素地の厚み付き変動の予測値と実測値とは、ほぼ一致していて、予測精度が高いことがわかる。
【００１９】
【表１】
また、図５のフローチャートで示したように、上記の天然原料単独の特性を評価して、その結果によって、不合格となる原料は早期に除去することができ、素地泥漿への影響を抑制することができる。さらに、素地泥漿については、再度念の為、天然原料の特性評価と同じく着肉性、可塑性、及び保型性を評価することが好ましい。これにより、厳密な素地泥漿の特性を管理することが可能となる。
【００２１】
なお、本願発明の着肉性、可塑性、及び保型性に関する評価方法は、天然原料、素地泥漿などの成形体になるまでの任意段階の原料、泥漿に施してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本願発明によれば、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、素地泥漿の品質変動を事前に予測して、対応を行うことができる。
【００２３】
また、天然原料単独の特性である着肉性、可塑性、及び保型性を的確に把握することによって、他銘柄の天然原料の使用する際の品質変動に対する対応、鉱山での天然原料の品質の安定化、管理体制の強化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る加圧装置の説明図
【図２】本願発明に係る加圧装置内の着肉体の説明図
【図３】本願発明に係るバイブレーター装置の説明図
【図４】本願発明にかかるオートグラフ装置の説明図
【図５】本願発明に係る天然原料の特性を評価する構成ブロックの説明図
【図６】従来に係る天然原料の特性を評価する構成ブロックの説明図
【符号の説明】
１…加圧装置架台、 ２…金網、 ３…ろ紙、 ４…円筒管、 ５…加圧装置上蓋、 ６…上蓋固定ナット、 ７…スラリー注入口、 ８…加圧注入口、 ９…天然原料の着肉体、 １０…試料測定台、 １４…支点取り付け架台、 １５…支点台、 １６…測定試料、 １７…３点曲げポンチ。
Claims (3)
- 複数の天然原料単独の特性を一定の実験方法によって評価し、前記複数の天然原料を一定の割合で混合して泥漿を調製し、この泥漿を鋳込み成形して陶磁器素地とする陶磁器用天然原料の評価方法において、前記天然原料単独での着肉性、保形性、及び可塑性を予め調べ、これらの天然原料毎のデータに基づいて目的とする素地の着肉性、保形性及び可塑性を予測し、この予測値から原料混合前に原料の合否を判定することであり、且つ前記天然原料の着肉性を評価する方法は、泥漿の性状として平均粒径３〜５０μｍ、濃度２５０〜３５０ｇ／２００ｍｌ、降伏値５０ｄＰａ以下になるように調整して、通水性の均質な標準濾紙を用いた加圧着肉方式により、前記天然原料の厚み付きを測定することによって行われることを特徴とする陶磁器用天然原料の評価方法。
- 請求項１に記載の陶磁器用天然原料の評価方法において、前記天然原料の保型性を評価する方法は、前記加圧着肉方式によって得られた着肉成形体から一定の大きさの様品を採取し、振動試験によるその液状化度を測定することによって行われることを特徴とする陶磁器用天然原料の評価方法。
- 請求項１に記載の陶磁器用天然原料の評価方法において、前記天然原料の可塑性を評価する方法は、前記天然原料の可塑性係数を測定することによって行われることを特徴とする陶磁器用天然原料の評価方法。
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