特許 6614992 窯業原料、成形体の製造方法、及び成形体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6614992

(24)【登録日】2019年11月15日

(45)【発行日】2019年12月4日

(54)【発明の名称】窯業原料、成形体の製造方法、及び成形体

(51)【国際特許分類】

   B28B 1/30 20060101AFI20191125BHJP

   B33Y 70/00 20150101ALI20191125BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20191125BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20191125BHJP

【ＦＩ】

   B28B1/30

   B33Y70/00

   B33Y10/00

   B33Y80/00

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-25500(P2016-25500)

(22)【出願日】2016年2月15日

(65)【公開番号】特開2017-144560(P2017-144560A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2018年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】302045705

【氏名又は名称】株式会社ＬＩＸＩＬ

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 圭介

(72)【発明者】

【氏名】平澤 義昭

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１５７０１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−０３０００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０１６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１９４６７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１９−５０３８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 DIEGEL, Olaf, et al.，Low-Cost 3D Printing of Controlled Porosity Ceramic Parts，International Journal of Automation Technology，２０１２年 ９月 ５日，Vol.6, No.5，p.618-626

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ７０／００

Ｂ３３Ｙ ８０／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加製造方式により成形体を製造するための窯業原料であって、全量を１００質量部とした場合に、可塑性原料を５０質量部以下にし、
仮焼粘土を５〜６０質量部含み、長石を４０〜７０質量部含み、
安息角が４０度以上７０度以下であることを特徴とする窯業原料。

【請求項2】

粘土、半水石膏、及びセメントからなる群より選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の窯業原料。

【請求項3】

ケン化度が６０〜９９モル％のポリビニルアルコールを含む請求項１又は２に記載の窯業原料。

【請求項4】

前記ポリビニルアルコールの平均重合度は、１００以上１０００以下である請求項３に記載の窯業原料。

【請求項5】

（１）請求項１乃至４のいずれか一項に記載の窯業原料を用いて所定厚みの粉体層を形成する粉体層形成工程、及び（２）前記粉体層の所定領域に液体を吹き付ける吹き付け工程を順に繰り返し、積層して成形体を形成することを特徴とする成形体の製造方法。

【請求項6】

（１）請求項１乃至４のいずれか一項に記載の窯業原料を用いて所定厚みの粉体層を形成する粉体層形成工程、及び（２）前記粉体層の所定領域に液体を吹き付ける吹き付け工程を順に繰り返し、積層して得られたことを特徴とする成形体。

【請求項7】

かさ密度が、０．５ｇ／ｃｍ^３以上２．０ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項６に記載の成形体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、窯業原料、成形体の製造方法、及び成形体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、付加製造技術（３Ｄプリンタ）による立体造形が注目を集めている。この技術は、３次元（３Ｄ）のデータをもとにして、コンピュータで薄い断面の形状を計算し、この計算結果をもとに材料を積層して３次元の造形物を作製するものである。

【0003】

この技術では、例えば、以下のような方式が採用されている（特許文献１参照）。すなわち、造形用の粉体により構成された複数の粉体層を積層形成し、その積層過程において、複数の粉体層の各々の表面に所定の平面形状で所定のパターニング用の液体（パターニング液体）を吹き付けることが行われている。このパターニング液体の吹き付けにより、粉体層を相互に結合して積層体を成形している。

【0004】

そして、材料としては、例えば、石膏などの粉末材料が使用され、形状を固定化するためポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の有機結合剤が使用されている。
ところで、粉末原料に窯業原料を使用したいという要望がある。この場合は、従来の付加製造技術を適用すれば成形体が製造可能と考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２４１２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、粉末原料に窯業原料を使用した場合、従来の方式を使用すると、積層面が荒れて積層できず、実用的な成形体を得ることが困難であった。

【0007】

また、パターニング液体により、窯業原料中の可塑性原料成分が吸水して、表面が荒れるなどの問題があり、実用的な成形体を得ることが困難であった。

【0008】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、窯業原料を用いた付加製造技術において、実用的な成形体を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、上記従来技術を鑑み、鋭意研究を重ねた結果、新規な窯業原料を開発した。そして、この窯業原料を用いて付加製造方式により成形体を製造すると、実用的な成形体が得られるという予想外の事実を見いだした。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の窯業原料は、付加製造方式により成形体を製造するための窯業原料であって、全量を１００質量部とした場合に、可塑性原料を６０質量部以下にしたことを特徴とする。
また、本発明の製造方法は、（１）本発明の窯業原料を用いて所定厚みの粉体層を形成する粉体層形成工程、及び（２）前記粉体層の所定領域に液体を吹き付ける吹き付け工程を順に繰り返し、積層して成形体を形成することを特徴とする。
また、本発明の成形体は、本発明の窯業原料を用いて所定厚みの粉体層を形成する粉体層形成工程、及び（２）前記粉体層の所定領域に液体を吹き付ける吹き付け工程を順に繰り返し、積層して得られたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の窯業原料によれば、付加製造方式において、積層面が荒れることなく、精度のよい成形体を得ることができる。
本発明の製造方法によれば、付加製造方式における実用的な成形体を得ることができる。
本発明の成形体は、焼成することによって陶磁器製品等の実用可能な製品を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の窯業原料を用いた付加製造方式によって、成形体を成形する様子を示す概念図である。

【図2】本発明の窯業原料を用いた付加製造方式によって、成形体を成形する様子を示す概念図である。

【図3】本発明の窯業原料を用いた付加製造方式によって、成形体を成形する様子を示す概念図である。

【図4】本発明の窯業原料を用いた付加製造方式によって、成形体を成形する様子を示す概念図である。

【図5】本発明の窯業原料を用いた付加製造方式によって、成形体を成形する様子を示す概念図である。

【図6】本発明の窯業原料を用いた付加製造方式によって、成形体を成形する様子を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明における好ましい実施の形態を説明する。
窯業原料の最大粒度が付加製造方式の積層ピッチの２倍以下であることが好ましい。この範囲内であると成形体の密度を向上できる。

【0013】

窯業原料の安息角が７０度以下であることが好ましい。この範囲であると、窯業原料の流動性が適切な範囲となり、付加製造方式による積層状態が良好となる。

【0014】

窯業原料に水溶性高分子が添加されていると、成形体の硬度が向上する。

【0015】

窯業原料のゆるみかさ密度が０．５ｇ／ｃｍ^３以上であると、窯業原料の充填性が適切な範囲となり、付加製造方式による積層状態が良好となる。

【0016】

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔１〕窯業原料
本発明の窯業原料は、付加製造方式により成形体を製造するための窯業原料である。そして、窯業原料は、全量（窯業原料全体）を１００質量部とした場合に、可塑性原料を６０質量部以下にしたことを特徴とする。

【0017】

窯業原料としては、窯業に用いる原料であれば特に限定されない。原料としては、例えば、陶石、長石、珪石、蝋石、シャモット、バン土頁岩等の骨格形成原料、蛙目粘土、木節粘土、カオリン等の可塑性原料、珪灰石、石灰石、灰長石等のカルシウム原料、長石、ドロマイト等の焼結助剤原料等が挙げられる。好ましくは、仮焼粘土、長石、粘土、アルミナ粉末、石英粉末、タルク、骨材等の無機材が挙げられる。これらの原料は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。通常、２種以上を混合して用いられる。

【0018】

本発明では、可塑性原料が６０質量部以下であることを特徴とする。ここで、可塑性原料としては、粘土、蛙目粘土、カオリン等が挙げられる。可塑性原料は、好ましくは４０質量部以下であり、より好ましくは３０質量部以下である。この範囲にすると、成形体の積層状態が良好となる。

【0019】

本発明では、好ましい各原料の混合割合としては、全量を１００質量部とした場合に、仮焼粘土が５〜７０質量部、長石が４０〜７０質量部であり、さらに好ましくは仮焼粘土が１０〜６０質量部、長石が４５〜５５質量部である。この範囲内にすると、成形体の積層状態が良好となり、所望の成形体が得られる。

【0020】

窯業原料の最大粒度は、特に限定されない。窯業原料の最大粒度は、好ましくは付加製造方式の積層ピッチの２倍以下であり、より好ましくは１倍以下であり、さらに好ましくは０．９倍以下である。なお、通常、窯業原料の最大粒度は、付加製造方式の積層ピッチの１／１０００倍以上である。窯業原料の最大粒度が、この範囲内であると成形体の密度を向上できる。

【0021】

窯業原料の最大粒径は、特に限定されないが、積層ピッチが１００μｍの場合、好ましくは、０．０１〜２００μｍであり、より好ましくは０．１〜２００μｍであり、更に好ましくは０．１〜１００μｍである。窯業原料の最大粒径が小さすぎると、窯業原料が舞って付加製造方式での成形が難しい傾向にあり、一方、大きすぎると成形体の密度が小さくなる傾向にある。従って、上記の範囲が窯業原料の最大粒径として好ましい。

【0022】

窯業原料における粒度分布は、特に限定されない。好ましくは、粗粒が６０〜８０質量部、微粒が４０〜２０質量部とすることができ、より好ましくは、粗粒が６５〜８０質量部、微粒が３５〜２０質量部とすることができ、更に好ましくは、粗粒が７０〜８０質量部、微粒が３０〜２０質量部とすることができる。この範囲とすると、成形体の密度が向上するから好ましい。

【0023】

ここで、「粗粒」とは積層ピッチが１００μｍの場合、沈降法で求められる粒子径が５０μｍ以上１００μｍ以下の粒子を意味する。「微粒」とは沈降法で求められる粒子径が０．０１μｍ以上５μｍ以下の粒子を意味する。

【0024】

窯業原料の粉末粒度は、造粒により調整してもよい。造粒方法としては特に限定されず、公知の方法を適宜選択できる。例えば、湿式造粒、乾式造粒を採用することができる。造粒した場合に、粉体層を圧縮することで圧密にして充填性を上げて密度向上できる。

【0025】

窯業原料の安息角は、特に限定されないが、好ましくは、２０〜７０度であり、より好ましくは３０〜７０度であり、更に好ましくは３０〜６０度である。この範囲であると、窯業原料の流動性が適切な範囲となり、付加製造方式による積層状態が良好となる。

【0026】

安息角は、パウダーテスター（ホソカワミクロン社製）ＴＹＰＥ ＰＴ−Ｅにて測定できる。

【0027】

窯業原料のせん断応力は、特に限定されないが、好ましくは、４０ｋＰａ以上である。なお、通常は、１００ｋＰａ以下である。
ここで、せん断応力は以下のように測定された値である。すなわち、（株）ナノシーズ製 粉体せん断力測定装置ＮＳ−Ｓ５００型にて測定した値である。なお、測定条件としては、試料を５０ｇとし、荷重は５０Ｎ、１００Ｎ、１５０Ｎとする。

【0028】

窯業原料の内部摩擦は、特に限定されないが、好ましくは、３０〜４０である。
ここで、内部摩擦は以下のように測定された値である。すなわち、（株）ナノシーズ製 粉体せん断力測定装置ＮＳ−Ｓ５００型にて測定した値である。なお、測定条件としては、試料を５０ｇとし、荷重は５０Ｎ、１００Ｎ、１５０Ｎとする。

【0029】

窯業原料に水溶性高分子が添加されていてもよい。水溶性高分子としては特に限定されず、公知の水溶性高分子が用いられる。例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、メチルセルロース、ゼラチン、カゼイン、アラビアゴム、ポリビニルピロリドン、プルラン、ヒプロメロース、エチルセルロース等を挙げることができる。これらの水溶性高分子は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。

【0030】

水溶性高分子の添加量については、特に限定されない。窯業原料（無機材）１００質量部に対して、好ましくは、０〜３０質量部であり、より好ましくは０〜２０質量部であり、更に好ましくは０〜１０質量部である。

【0031】

本発明で好ましく用いられるポリビニルアルコールには、ポリ酢酸ビニルを加水分解して得られるポリビニルアルコール（無変性）、末端をカチオン変性したポリビニルアルコール、アニオン性基を有するアニオン変性ポリビニルアルコール等の変性ポリビニルアルコールも含まれる。

【0032】

ポリビニルアルコールの平均重合度は特に限定されない。平均重合度は、好ましくは１０００以下であり、より好ましくは６００以下であり、更に好ましくは４００以下である。また、平均重合度は、通常１００以上である。この範囲内であると、ポリビニルアルコールの溶解性が高くなり、成形体の保形性が高くなる傾向にある。

【0033】

ポリビニルアルコールのケン化度は、特に限定されない。ケン化度は、好ましくは６０〜９９モル％であり、より好ましくは７５〜９８モル％であり、更に好ましくは８５〜９５モル％である。この範囲内であると、ポリビニルアルコールの溶解性が高くなり、成形体の保形性が高くなる傾向にある。

【0034】

カチオン変性ポリビニルアルコールとしては、特に限定されず、公知のカチオン変性ポリビニルアルコールを幅広く用いることができる。例えば、第一〜三級アミノ基や第四級アンモニウム基をポリビニルアルコールの主鎖または側鎖中に有するポリビニルアルコールであり、カチオン性基を有するエチレン性不飽和単量体と酢酸ビニルとの共重合体をケン化することにより得られるカチオン変性ポリビニルアルコールを用いることができる。

【0035】

ここで、カチオン性基を有するエチレン性不飽和単量体としては、例えば、トリメチル−（２−アクリルアミド−２，２−ジメチルエチル）アンモニウムクロライド、トリメチル−（３−アクリルアミド−３，３−ジメチルプロピル）アンモニウムクロライド、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニル−２−メチルイミダゾール、Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）メタクリルアミド、ヒドロキシルエチルトリメチルアンモニウムクロライド、トリメチル−（２−メタクリルアミドプロピル）アンモニウムクロライド、Ｎ−（１，１−ジメチル−３−ジメチルアミノプロピル）アクリルアミド等が挙げられる。カチオン変性ポリビニルアルコールのカチオン変性基含有単量体の比率は、特に限定されない。

【0036】

アニオン変性ポリビニルアルコールは、特に限定されず、公知のアニオン変性ポリビニルアルコールを幅広く用いることができる。例えば、マレイン酸変性ポリビニルアルコール、イタコン酸変性ポリビニルアルコール、アクリル酸変性ポリビニルアルコール、メタククリル酸変性ポリビニルアルコール、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸変性ポリビニルアルコール等が挙げられる。

【0037】

ノニオン変性ポリビニルアルコールとしては、特に限定されず、公知のノニオン変性ポリビニルアルコールを幅広く用いることができる。例えば、ポリアルキレンオキサイド基をビニルアルコールの一部に付加したポリビニルアルコール誘導体、疎水性基を有するビニル化合物とビニルアルコールとのブロック共重合体等が挙げられる。

【0038】

なお、ポリビニルアルコールは、重合度や変性の種類違いなど２種類以上を併用することもできる。

【0039】

窯業原料のゆるみかさ密度は、特に限定されない。窯業原料のゆるみかさ密度は、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、より好ましくは０．７ｇ／ｃｍ^３以上であり、更に好ましくは１．０ｇ／ｃｍ^３以上である。また、窯業原料のゆるみかさ密度は、通常２．０ｇ／ｃｍ^３以下である。この範囲内であると、窯業原料の充填性が適切な範囲となり、付加製造方式による積層状態が良好となる。

【0040】

本発明におけるゆるみかさ密度とは、粉体を所定の容器内に自然落下させた状態の充填密度であり、粉体特性測定器を用いて以下の方法で測定した値である。具体的には、パウダーテスター（ホソカワミクロン社製）ＴＹＰＥ ＰＴ−Ｅにて測定した値を採用することができる。

【0041】

窯業原料に硬化促進剤が添加されていてもよい。硬化促進剤としては特に限定されず、公知の硬化促進剤が用いられる。例えば、粘土、半水石膏、セメントが用いられる。これらの硬化促進剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。硬化促進剤は、成形体中の水を吸収し、成形体の硬度の向上に寄与する。但し、粘土等は、上述の可塑性原料とも考えることができるため、窯業原料（無機材）の全体の１０質量部未満であることが好ましい。また、硬化の際に加熱を行ってもよい。

【0042】

本発明において、窯業原料の混合の仕方は特に限定されない。乾式混合及び湿式混合のいずれも採用することができる。製造の効率化の観点から乾式混合が好ましい。なお、乾式混合する前にあらかじめ粒度分布の既知の原料を選定しておくことが好ましい。

【0043】

〔２〕成形体の製造方法
本発明の成形体の製造方法は、（１）本発明の窯業原料を用いて所定厚みの粉体層を形成する粉体層形成工程、及び（２）粉体層の所定領域に液体を吹き付ける吹き付け工程を順に繰り返し、積層して成形体を形成することを特徴とする。

【0044】

図１〜６を参照しつつ、成形体の製造方法について説明する。

【0045】

（２−１）粉体層形成工程
粉体層形成工程では、窯業原料を用いて所定厚みの粉体層１を形成する（図１参照）。この際に、通常は、リコーターを用いて窯業原料を敷き詰めて粉体層１を形成する。
この工程は、例えば具体的には、次のように行われる。まず、成形装置の基台３の鉛直上側（ｚ軸方向上側）に、窯業原料（立体造形用混合粉体）が例えば厚さ０．０１〜５ｍｍの層状に充填される。次に窯業原料は篦等によって擦り切られて所望の厚みの粉体層１とされる。
積層ピッチは、大型の成形体を作製するためには、０．１〜５ｍｍが好ましい。この範囲とすることで、製造スピードの効率化が図られる。
なお、窯業原料を敷き詰めた後に、粉体層１を圧縮してもよい。

【0046】

（２−１）吹き付け工程
吹き付け工程では、粉体層１の所定領域に液体７を吹き付ける（図２参照）。粉体層１において固化されるべき部分、すなわち成形対象となる立体造形物の一部に相当する位置に対してヘッド５から液体（造形液）７が射出（滴下）され、その部分が層状の固化物として形成される。図２においては、粉体層１のうち固化された部分を斜線で示している。

【0047】

この際、ヘッド駆動機構により基台３に対してヘッド５がｘｙ平面内を移動させられつつ、液体７が射出されることで、成形対象となる立体造形物の一部に相当する層状の固化物が形成される。

【0048】

ここで液体７について説明する。水溶性高分子を含有している窯業原料を用いた場合には、液体７としては、溶媒のみ、又は水溶性高分子を溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。
水溶性高分子を含有していない窯業原料を用いた場合には、液体７としては、水溶性高分子を溶媒に溶解させた溶液を用いる。

【0049】

ここで用いられる液体７に含有される可能性のある水溶性高分子としては、上述の〔１〕窯業原料において記載された水溶性高分子を好適に使用することができる。窯業原料に、水溶性高分子を含有しているものを使用する場合には、窯業原料に含まれる水溶性高分子と、溶液に含まれる水溶性高分子とは同一種であっても異種であってもよい。また、溶液に含有される水溶性高分子は、単一種で用いてもよく、また、２種以上併用してもよい。

【0050】

溶媒は、特に限定されない。例えば、水を用いることができる。また、水と他の溶媒の混合溶媒としてもよい。他の溶媒は、無機溶媒、有機溶媒のいずれでもよく、例えば、具体的には、アルコール、ケトン等の溶媒が挙げられる。このように、水と他の溶媒との混合溶媒とする場合には、水の含有量は特に限定されない。水の含有量は、混合溶媒全体を１００質量部とした場合に、好ましくは１〜９９質量部、更に好ましくは３０〜９９質量部、特に好ましくは５０〜９９質量部である。

【0051】

溶液の濃度は、特に限定されないが、溶媒１００質量部に対して、好ましくは水溶性高分子が０〜２０質量部、更に好ましくは水溶性高分子が０〜１０質量部、特に好ましくは水溶性高分子が０〜５質量部である。溶液の濃度が好ましい範囲内にあるときは、ヘッド５のノズルからの射出状態が良好となる。

【0052】

本製造方法では、粉体層形成工程、及び吹き付け工程を順に繰り返し（図３〜図４参照）、図５の状態となり、図５の状態から図６のような成形体９が取り出される。

【0053】

詳細には、基台３が鉛直下方（ｚ軸方向下方）に、層状の固形物の各層に対応する厚さ分だけ下降させされる。以下、粉体層形成工程、及び吹き付け工程が繰り返されることにより、層状の固化物が順次積層されて立体的な造形物が成形されてゆき、固化されなかった窯業原料が取り除かれることで成形体９（立体造形物）が得られる。

【0054】

このように製造された成形体９は焼成することにより、陶磁器やセラミック製品とすることができる。

【0055】

〔３〕成形体
本発明の成形体は、上述の窯業原料を用いて所定厚みの粉体層を形成する粉体層形成工程、及び（２）粉体層の所定領域に液体を吹き付ける吹き付け工程を順に繰り返し、積層して得られる。

【0056】

成形体のゴム硬度計で測定した硬度は特に限定されないが、好ましくは１０以上であり、より好ましくは５０以上であり、更に好ましくは８０以上である。なお、成形体の硬度は、通常１００以下である。
硬度をこの範囲内とすることで、固化されなかった窯業原料が取り除いて成形体を取り出すときのハンドリング性が良好となる。
ここで、硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３Ａ ＩＳＯ ７６１９Ａに準拠するＴＹＰＥ Ａゴム硬度計により測定できる。

【0057】

成形体の曲げ強度は特に限定されないが、好ましくは０．４ＭＰａ以上であり、より好ましくは１ＭＰａ以上であり、更に好ましくは２ＭＰａ以上である。
なお、成形体の曲げ強度は、通常２０ＭＰａ以下である。
曲げ強度をこの範囲内とすることで、固化されなかった窯業原料を取り除いて、成形体を取り出すときのハンドリング性が良好となる。

【0058】

成形体のかさ密度は特に限定されないが、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、より好ましくは０．８ｇ／ｃｍ^３以上であり、更に好ましくは１．０ｇ／ｃｍ^３以上である。
なお、成形体のかさ密度は、通常２．０ｇ／ｃｍ^３以下である。
かさ密度をこの範囲内とすることで、固化されなかった窯業原料を取り除いて、成形体を取り出すときのハンドリング性が良好となる。
なお、かさ密度は、質量と体積を測定して、これらから算出した値である。

【0059】

成形体の空隙率は、特に限定されない。空隙率は、好ましくは８０％以下であり、より好ましくは６０％以下であり、更に好ましくは５０％以下である。
空隙率をこの範囲内とすることで、幅広い用途に実用可能な成形体となる。
なお、空隙率は、かさ密度と真比重より算出できる。

【0060】

成形体は、さらに加圧して密度を向上させてもよい。加圧方法としては特に限定されず、公知の方法を広く適用することができる。例えば、平板プレス、ロールプレス、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）等が挙げられる。

【実施例】

【0061】

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。

【0062】

１．可塑性原料の割合の検討
＜実験例１〜９＞
粘土質原料に本山蛙目、仮焼粘土にモロカイト、長石に増井長石の３種の原料を粒度１００μｍ以下に調整し下記表１の水準で混合した。市販３ＤプリンタＰｒｏＪｅｔ１６０（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）で５ｃｍ角、厚み１ｃｍの成形体（積層造形物）を造形したときの粉末層の積層の可否を確認した。なお、結合材としてはポリビニルアルコール（ケン化度８５モル％、平均重合度３００）を粘土質原料１００質量部に対して、１０質量部を用いた。
実験例１〜９の条件と結果を表１に記載する。評価は以下の通りである。なお、実験例１〜７が実施例であり、実験例８〜９は比較例である。
○：造形は良好であり、積層面の状態も良好である。
△：造形は可能であるが積層面が荒れやすい。
×：造形、積層とも不可である。

【0063】

【表1】

【0064】

表１の結果から、実験例１〜７までの場合は、造形は可能であった。これらは、付加製造方式の成形体の作製に適していることが確認された。
これらの結果から、可塑性原料を６０質量部以下にすると、付加製造方式の成形体の作製に適していることが分かった。特に、可塑性原料を３０質量部以下にすると、付加製造方式の成形体の作製に最適であることが分かった。

【0065】

２．安息角の検討
パウダーテスター（ホソカワミクロン社製）ＴＹＰＥ ＰＴ−Ｅにて測定した安息角が３０〜８０度の窯業原料にて市販３ＤプリンタＰｒｏＪｅｔ１６０（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）で５ｃｍ角、厚み１ｃｍの成形体を造形したときの粉末層の積層の可否を確認した。なお、結合材としてはポリビニルアルコール（ケン化度８５モル％、平均重合度３００）を無機原料１００質量部に対して、１０質量部を用いた。
なお、安息角は、微粒子混合割合を変えて調整した。
実験例１０〜１５の条件と結果を表２に記載する。評価は以下の通りである。なお、実験例１１〜１５が実施例であり、実験例１０は参考例である。
◎：粉体層の積層状態は非常に良好である。
○：粉体層の積層状態は良好である。
△：粉体層の積層状態はやや不良である。

【0066】

【表2】

【0067】

表２の結果から、実験例１１〜１５までの場合は、粉体層の積層状態は良好であり、付加製造方式の成形体の作製に適していることが確認された。なお、実験例１０においても用途によっては付加製造方式の作製には適する場合があることが確認された。
これらの結果から、安息角を７０度以下にすると、付加製造方式の成形体の作製により適していることが分かった。特に、安息角を４０〜６０度にすると、付加製造方式の成形体の作製に最適であることが分かった。

【0068】

３．粒度の検討
＜実験例１６〜１９＞
最大粒度が下記表３の窯業原料にて、簡易積層造形装置を使用して（５ｃｍ角、厚み１ｃｍ）の成形体を造形したときの成形体のかさ密度を測定した。
原料としては、粘土質原料に本山蛙目１０質量部、仮焼粘土にモロカイト４０質量部、長石に増井長石４０質量部を用い、これらの最大粒度が表３の値になるように調整した。なお、結合材としてはポリビニルアルコール（ケン化度８５モル％、平均重合度３００）を無機原料１００質量部に対して、１０質量部を用いた。
なお、簡易積層造形装置は、金型からなる粉積層部と、粉を積層するためのローラーと、プリンターヘッドとを備えている。粉積層部にローラーによって粉を積層して結合材により固めた後に、おもりを載せて圧縮加圧操作できる装置である。

【0069】

実験例１６〜１９の条件と結果を表３に記載する。結果として、成形体のかさ密度を示す。なお、実験例１６〜１９が実施例である。

【0070】

【表3】

【0071】

表３の結果から、実験例１６〜１９までの場合は、最大粒度は、付加製造方式には実用的であることが確認された。すなわち、最大粒度を、積層ピッチの２倍以下にすると、かさ密度が付加製造方式に適した成形体を作製できることが分かった。

【0072】

４．水溶性高分子の検討
＜実験例２０〜２３＞
モロカイト５０質量部、増井長石５０質量部の原料調合系に、各種ＰＶＡ（日本合成社製）を１０質量部添加して粉末原料を調製した。市販３ＤプリンタＰｒｏＪｅｔ１６０（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）で５ｃｍ角、厚み１ｃｍの成形体を造形し、造形１時間後の成形体硬さをＪＩＳ Ｋ６２５３Ａ ＩＳＯ ７６１９Ａに準拠するＴＹＰＥ Ａゴム硬度計で測定した。

【0073】

実験例２０〜２３の条件と結果を表４に記載する。なお、実験例２０〜２３が実施例である。ここでは、成形体の保形性によって評価している。

【0074】

【表4】

【0075】

表４の結果から、実験例２０〜２３までの成形体の硬さは、付加製造方式の成形体としては実用的であることが確認された。
さらに、ケン化度８０モル％以上のものを用いた実験例２０、２２、２３は保形性が高かった。特に、ケン化度８５モル％以上で重合度が４００以下のものを用いた実験例２２、２３は保形性が非常に高かった。

【0076】

５．硬化促進剤の検討
＜実験例２４〜２６＞
モロカイト５０質量部、増井長石５０質量部の原料調合系に各種硬化促進剤を５質量部添加し、市販３ＤプリンタＰｒｏＪｅｔ１６０（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）で５ｃｍ角、厚み１ｃｍの成形体を造形し、造形後に１時間経過した成形体の硬さをＪＩＳ Ｋ６２５３Ａ ＩＳＯ ７６１９Ａに準拠するＴＹＰＥ Ａゴム硬度計で測定した。

【0077】

実験例２４〜２６の条件と結果を表５に記載する。なお、実験例２４〜２６が実施例である。ここでは、成形体の保形性によって評価している。

【0078】

【表5】

【0079】

表５の結果から、実験例２４〜２６までの成形体の硬さは、付加製造方式の成形体としては実用的であることが確認された。特に、促進硬化剤を添加した実験例２５〜２６は、成形体の硬さが向上した。

【0080】

６．成形体の硬さの検討
＜実験例２７〜３１＞
粘土質原料に本山蛙目、仮焼粘土にモロカイト、長石に増井長石の３種の原料を使用し、結合材としてはポリビニルアルコール（ケン化度８５モル％、平均重合度３００）を使用した。市販３ＤプリンタＰｒｏＪｅｔ１６０（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）で５ｃｍ角、厚み１ｃｍの成形体を造形し、造形後０~１時間経過した後の成形体の硬さをＪＩＳ Ｋ６２５３Ａ ＩＳＯ ７６１９Ａに準拠するＴＹＰＥ Ａゴム硬度計で測定して、成形体の硬さの異なる試料を用意した。

【0081】

実験例２７〜３１の条件と結果を表６に記載する。なお、実験例２７〜３１が実施例である。ここでは、成形体のハンドリング性によって評価している。
評価としては以下の通りである。
◎：固化されなかった窯業原料が取り除いて成形体を取り出すときのハンドリング性が非常に良好である。
○：固化されなかった窯業原料が取り除いて成形体を取り出すときのハンドリング性が良好である。
△：固化されなかった窯業原料が取り除いて成形体を取り出すときのハンドリング性がやや不良である。

【0082】

【表6】

【0083】

表６の結果から、実験例２８〜３１までの場合は、成形体の硬さは、付加製造方式の成形体としては実用的であることが確認された。なお、実験例２７においても用途によっては付加製造方式の成形体としては実用的であることが確認された。

【0084】

７．成形体への加圧の検討
＜実験例３２＞
実験例３１と同様にして成形体を成形した。

【0085】

＜実験例３３＞
実験例３２の成形体をラッピングしてＣＩＰ成形機にて再加圧した。この際の圧力は３００ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。

【0086】

＜実験例３４＞
実験例３２の成形体をラッピングしてＣＩＰ成形機にて再加圧した。この際の圧力は５００ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。

【0087】

実験例３２〜３４の条件と結果を表７に記載する。なお、実験例３３〜３４が実施例である。実験例３２は参考例である。ここでは、成形体の密度を評価している。

【0088】

【表7】

【0089】

表７の結果から、実験例３３〜３４の成形体の密度は、加圧なしの実験例３２の場合より向上していることが確認された。

【0090】

８．実施例の効果
本実施例の窯業原料を用いると、付加製造方式において、積層面が荒れることなく、精度のよい成形体を得ることができる。
また、本実施例の製造方法によれば、付加製造方式における実用的な成形体を得ることができる。
また、本実施例の成形体は、焼成することによって陶磁器製品等の実用可能な製品となる。
なお、本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0091】

本発明は、窯業原料を用いた付加製造技術（３Ｄプリンタ）による立体造形に好適に利用可能である。

【符号の説明】

【0092】

１…粉体層
３…基台
５…ヘッド
７…液体（造形液）
９…成形体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】