大型陶磁器の鋳込み成形における内面盛上り

１３．大型陶磁器の鋳込み成形における内面盛上り
および乾燥割れの防止
塑性加工研究室片田由人
(a)セラミックス
原料粉砕
(b)泥漿攪拌
鋳込み口
(d)乾燥
(c)鋳込み成形
(e)焼結
(f)製品
モデル洗面器に発生する内面盛上りおよび乾燥割れ
乾燥前
乾燥後
ウェルドライン
乾燥割れ
鋳込み成形体
拡大
A
A’
10mm
◎研究目的
内面盛上り 10mm
（AーA’断面）
・内面盛上り発生挙動の解明
・内面盛上りおよび乾燥割れの防止
安価で実用性が高い取付け型振動鋳込みを考案
製品に発生する内面盛上りの問題点
A’
内面盛上り発生箇所
A
水
内面盛上り
排水性能が低下
排水
AーA’断面
鋳込み成形実験方法
粉末：水：分散剤＝20:10:0.1
泥漿作成
撹拌：12h
基準粘度： 1800mPa・s
鋳込み成形
乾燥
鋳込み時間：約360秒
室温：3日間
モデル洗面器用鋳込み成形装置
泥漿タンク
380
300
1500
石膏型
(b)凸型
モデル洗面器石膏型
300
(a)凹型
380
ホース（φ22)
300
380
内面盛上り発生時の泥漿流動挙動の観察
ウェルドライン
拡大
鋳込み口
石膏型
着肉時間が内面盛上りにおよぼす影響
内面盛上り
200
乾燥前の平板成形体
H2
Ｈ２−Ｈ１
内面盛上り率（％）＝
Ｈ１
内面盛上り率 / %
平板石膏型
H1
10
50
10mm
70
60
50
40
30
20
10
0
乾燥後
乾燥前
20
40
60
80
着肉時間 / min
100
石膏型の吸水性調査
0.2
合流部通常部
吸水重量 / g
アクリル
7
石膏型
A
30
B
30
0.15
0.1
0.05
C
0
30
(A)
0
(B)
30
(C)
測定箇所 / mm
(a) 吸水重量測定方法
(b) 通常部と合流部の吸水重量
着肉時間：30分
内面盛上り成形体断面の微構造観察結果
内面盛上り
石膏型表面
（A）
（B）
AーA’断面
10mm
5μm
5μm
（A）通常部
（B）合流部
粒子配向が吸水性におよぼす影響
攪拌棒
7
0.2
石膏型
Ｘ
80
Ｙ
5μm
5μm
（X）通常部
吸水重量 / g
アクリル板
（Y）攪拌部
(a) 実験方法
0.15
0.1
0.05
0
（X）
20
40
60
測定箇所 / mm
80
（Y）
(b) 攪拌部吸水重量
内面盛上り発生挙動
通常部
合流部
板状粒子
泥漿
内面盛上り
着肉層
吸水
石膏型
(a) 着肉層形成前
(b) 着肉層形成後
取付け型振動鋳込みによる成形体の欠陥防止
A
300
380
100
100
40
振動装置
減速機
モーター
偏心重り
18
90
190
100
回転数変化
ウェルドライン
A部詳細
周波数変化
取付け型振動装置
装置取付け図
欠陥防止をした成形体（f=70Hz）
合流部
合流部
A
10mm
A’
(b) 乾燥前（AーA’断面）
拡大
合流部
100mm
(a) 乾燥前成形体
10mm
(c) 乾燥後
まとめ
内面盛上りは，着肉層形成時に局部的な
吸水が起こるために形成される．
局部的な吸水性の向上は，粘土粒子が不
均一に配向するために起こる．
取付け型振動鋳込みによって成形体の内
面盛上りおよび乾燥割れを防止できる．
内面盛上り防止成形体における微構造観察結果
合流部
合流部
A
A’
石膏型表面
（c）
（b）
（a）A-A’断面
10mm
100mm
内面盛上り防止成形体
5μm
（b）通常部
5μm
（c）合流部
周波数の違いによる成形体の乾燥割れ（基準粘度）
乾燥割れ
(a) f=8.3Hz（共振周波数）
(b) f=27Hz
乾燥割れ防止成形体の含水率分布
26.1
25.9
26.6
25.4
26.2
26.6
26.1 26.0
26.4
26.3 26.3
26.5 27.0
27.1
25.2 26.9
26.1
26.7
27.1
25.9
/%
26.6
26.7
26.8
26.6
26.7 26.6
26.7 26.7
26.5
26.7 26.4
26.7
26.5
26.6
26.6
26.7
26.7
26.5
/%
26.4 26.3
ウェルドライン
ウェルドライン
26.4 26.3
27.3 26.1
(a) 振動無し
.
(b) f=27Hz
ウェルドライン形成挙動
ウェルドライン
吸水
吸水
：低含水率層
：着肉層
粒子形状が内面盛上りにおよぼす影響
A
A’
10mm
B
合流部
（b）
（b）通常部
5μm
（c）合流部
球状アルミナ成形体
（c）
（a） BーB’断面
（a）AーA’断面
5μm
10mm
内面盛上り
（c）
（b）
石膏型表面
B’
5μm
（b）通常部
5μm
（c）合流部
板状アルミナ成形体
流量の違いによる合流時の泥漿の流れ込み
300
380
210
A
凸部
10°
50
A’
110
210
(a) 正面断面図 (b) AーA’断面図
Δh
300
380
210
水位差Δhの発生およびその対策
10°
凸部を除去
(a) 合流時の水位差Δh
(b) 対称な流れを持つ石膏型
石膏型角度θと内面盛上り率の関係
θ
θとθ の関係
30
60
内面盛上り率
20
50
40
30
10
20
ウェルドライン角度
0
10
20
30
40
石膏型角度 θ / °
10
0
50
内面盛上り率 / %
ウェルドライン角度 θ / °
ウェルドライン角度θ
振動周波数と乾燥割れ（基準粘度）
5
着肉厚さ / mm
4
3
2
割れ発生
.
1
割れ無し
割れ有り
共振
0
8.3 10
20
周波数 f / Hz
30
40
振動鋳込み中の泥漿流動挙動の観察（共振）
振動鋳込み中の泥漿流動挙動の観察（f=36Hz）
泥漿粘度μと乾燥割れ（f=8.3Hz）
5
着肉厚さ / mm
4
3
2
1
0
割れ発生
割れ無し
割れ有り
500
基準粘度
1000
1500
泥漿粘度 μ / mPa・s
2000
泥漿粘度μの違いによる成形体の乾燥割れ（f=8.3Hz）
乾燥割れ
(a) μ=1500mPa・s
(b) μ=1760mPa・s （基準粘度）
振幅：大
振幅：小
泥漿の振動モデル
投入エネルギー：小
投入エネルギー：大
含水率分布：不均一
含水率分布：均一
乾燥割れ発生
(a) f=8.3Hz（共振周波数）
乾燥割れ防止
(b) f=27Hz
石膏型の振動実験
２５
渦電流式変位測定装置
金属板
1
振幅 / mm
0.8
振幅測定
方向
振動装置
板ゴム
(a)振幅測定方法
0.6
0.4
0.2
0
20
30
8.310
周波数 f / Hz
40
(b)石膏型の振幅と周波数の関係
鋳込み成形前の泥漿の含水率と粘度の関係
50
40
含水率 γ / %
36.8
30
20
基準粘度
10
0
500
1000
1500 1800 2000
泥漿粘度 / mPa・s
乾燥割れ発生時の泥漿流動挙動の観察
Ｂ
Ａ
石膏型
鋳込み口
欠陥防止をした成形体
合流部
A
A’
100mm
合流部
10mm
AーA’断面
10mm
(a) 乾燥割れ防止（f=27Hz） (b) 内面盛上り防止（f=70Hz）
成形体の乾燥割れ
鋳込み成形体
乾燥後
乾燥前
拡大
乾燥
ウェルドライン
乾燥割れ

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