JP2000317924A - スクリューピストン式真空押出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 例えば微細精密なセラミックハニカム構造体
等を押出成形することのできる成形機を提供する。 【解決手段】 上段押出しスクリュー１と下段押出しス
クリューピストン２との間に真空室３を有する２段スク
リューピストン式真空押出成形機において、原料投入口
４から供給された坏土５を上段押出しスクリュー１で混
練りして、真空室３で脱気し下段押出しスクリューピス
トン２へ送り、シリンダー先端面９までスクリューピス
トン先端１０を前進させておいた下段押出しスクリュー
ピストン２で巻き込み、シリンダーの先端に坏土５を加
圧充填すると共に下段押出しスクリューピストン２をス
クリューピストン後退位置１１迄後退させ、シリンダー
先端部に一定量の混練りされた坏土５が充填されると下
段押出しスクリューピストン２の回転及び後退を停止
し、下段押出しスクリューピストン２をピストンとして
機能させてシリンダー先端１３に加圧充填した坏土５を
押出成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス坏土を
押出成形する押出成形機に係り、特に微細精密なセラミ
ック成形体であるセラミックハニカム構造体、グリーン
シート、セラミックパイプ、セラミック丸棒等を高い寸
法精度を保ち、しかも高歩留まりで押し出し成形するこ
との出来るセラミック成形用スクリューピストン式真空
押出成形機である。

【０００２】

【従来の技術】セラミツク成形体を押出成形する場合、
セラミツクス微粉末、バインダー、成形助剤、水などを
所定の比率で混練調整し、混練した原料すなわち坏土を
押出成形機によって押出成形用金型から押し出すことに
よって成形を行なっている。

【０００３】例えば図２の様な従来のスクリュー単独式
押出成形機は、シリンダー内で螺旋状の羽根を付設した
スクリューを回転させ坏土３３を混練しながら押し出す
形式のもので、坏土３３は上段押し出しスクリュー１８
から真空室１６を通り、真空室１６で脱気され下段押し
出しスクリュー１７で加圧して下段シリンダー２１の先
端に配設されている押出成形用金型１９から押し出され
る。

【０００４】このようなスクリュー単独式押出成形機に
よって微細精密なセラミツク成形体２０を押出成形する
場合、押し出しの動力はスクリューであるため坏土粘性
の微妙な差異によってスクリューの回転により原料に回
転の捻れ癖が残って残留応力が発現する。このため金型
通過時にセラミツク成形体に微少な歪や亀裂あるいは僅
かなねじれ等が生じ、セラミック成形体の壁が崩れるこ
とがあった。即ち外周と内部にかかる圧力が不均一にな
り押出成形時にセラミック成形体が壊れ易くなるのであ
る。

【０００５】また坏土は押出成形機のシリンダー内をほ
ぼ直角に移動するのでスクリューによる残留応力の他に
変形応力も成形体に加えられることになり、押し出され
たセラミツク成形体に複雑な応力が残留するという課題
があった。

【０００６】さらに押し出されたセラミツク成形体が肉
薄の微細な断面形状になればなるほど、押出成形時の僅
かな応力の残留によって完全な寸法精度を維持すること
が困難となるばかりか乾燥時に歪や反り等の変形が発生
するという課題もあった。

【０００７】スクリュー単独式押出成形機には上記の様
な欠点があるため、現在、國内外において微細精密なセ
ラミック成形体の生産に使用されているのが図３に示す
スクリュー式真空土練機２４とピストン式押出成形機２
５の分離装填式である。この方法はスクリュー式真空土
練機２４で真空脱気した丸棒状微細精密なセラミック原
料塊２６を複数本成形してストックし、この丸棒状原料
塊２６をピストン式押出成形機２５の原料装填口２７に
供給して、装填後装填口２７を閉じてピストン式押出成
形機のシリンダー内２８を真空状態とし押出成形する。

【０００８】スクリュー式真空土練機２４とピストン式
押出成形機２５による微細精密なセラミック成形体３１
の押出成形方法は、丸棒状原料塊２６にスクリューの捻
じれ癖は残っているがピストン式押出成形機２５で均一
に加圧し押出成形することが出来る。しかし丸棒状原料
塊の成形と微細精密なセラミック成形体の押出成形とが
分離しているため作業効率が低下し、歩留まりも悪くな
る。

【０００９】このためスクリュー式とプランジャー式の
両方を組み合わせた押出成形装置が提案されている。図
４はスクリュー式とプランジャー式とを組み合わせた押
出成形装置である。図４においてホッパー３４から供給
された坏土３５は混練シリンダー３６とピストン３７と
連動したスクリュー３８を回転させて混練シリンダー３
６の先端に押し出され連結管３９を通って供給シリンダ
ー４０に供給される。坏土３５の中の空気は供給シリン
ダー４０に取り付けられた吸引口（図示せず）から真空
脱気される。この供給シリンダー４０内が坏土３５で満
たされるとプランジャー４１により押出成形用金型４２
の方に押し出され成形体となる。

【００１０】このようなスクリュー式とプランジャー式
との組み合わせ押出成形装置で寸法精度の高い微細精密
なセラミツク成形体を歩留まり良く連続成形することは
スクリュー式押出成形機の欠点が完全に解消されていな
いためできない。即ち、プランジャー式押出機のシリン
ダーへの坏土の供給をスクリューとピストンを併用して
いるため装置構造が複雑となる。坏土の脱気装置がプラ
ンジャー式押出機のシリンダー内にあるため最初の工程
においてシリンダー内に坏土が充填される迄シリンダー
内は真空とならずさらに坏土が連続した状態でシリンダ
ー内に送り込まれるため坏土の内部にある空気を完全に
脱気することはできない。

【００１１】又、プランジャー式押出機のシリンダーへ
の坏土の供給を１方向からのみ行なった場合図５の様に
ａ点とｂ点では密度差が生じる。プランジャー式押出機
のシリンダー内にこの密度差が生じる坏土を充填し、油
圧シリンダーにて押し出しても密度が高い所と低い所で
は、押出速度が違う為に、成形体に曲りや変形をおこし
て寸法精度の高い微細精密なセラミック成形体を押し出
すことは出来なかったのである。

【００１２】又、図６の様な脱気機能を備えたスクリュ
ー式押出機４３の吐出口４４をピストン式押出口４５の
真上に設置して、ピストン式押出機４５の投入口と気密
路４６で連通させ、ピストン式押出機４５のピストン長
さを投入口に当面する部分が押出筒先端４７のピストン
到着位置４８と投入口のピストン後退側端縁間の距離以
上として、ピストン式押出機のピストンが間欠的に前進
する方式の押出機も提案されている。（実用新案公開昭
６２−１７２０１４）

【００１３】しかし、この様な方式の押出機で微細精密
なセラミック成形体を押出成形した場合、セラミック成
形体の原料である坏土４９は、粘性があるため真空室と
なる気密路４６の側壁に付着しブリッジを組み下方にス
ムースに落下せずシリンダー内部へ連続的に充填するこ
とが出来ず、寸法精度の高い壁厚の薄い微細精密なセラ
ミック成形体を押出成形することは出来なかったのであ
る。

【００１４】本発明の特許出願人である弊社は、スクリ
ュー式真空押出成形機とピストン式押出成形機を組み合
わせた『押出成形装置』を平成５年７月１６日に特許出
願し平成９年９月５日に登録された。（特許登録番号第
２６９１５０５号）

【００１５】この特許発明は、図７に示す２段スクリュ
ー式真空押出成形機５２の下段シリンダー５３にプラン
ジャー式押出機５４のシリンダーを四方向圧入管５６を
介して任意角度で連結し２段スクリュー式押出成形機で
完全脱気した坏土５５をシリンダー内へ圧入充填し、こ
の押圧力でピストン５７を後退させしかる後油圧シリン
ダーの圧力を上げピストン５７で脱気された坏土５５を
押出成形用金型５８から押し出す押出成形装置である。

【００１６】この押出成形装置によると、スクリュー式
で原料を丸棒に成形する手間が省けたこと、丸棒が乾燥
しないように保管する手間が省けたこと、丸棒装填後ピ
ストン式のシリンダーを真空脱気する手間が省けたこと
等従来の方式には無い優れた性能を示すことの出来る装
置として注目され、現在最も進歩した方式とされてい
る。しかし、このスクリュー式真空押出成形機とピスト
ン式押出成形機の組合充填式も２台の機器が必要であ
り、生産能力は向上するが設備コストは変わらないため
１台の機器で微細精密なセラミック成形体を押出成形す
ることが求められていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
課題に鑑み発明されたものであって１台の機器で微細精
密なセラミック成形体に微小な歪や亀裂あるいは僅かな
ねじれ等をも生じさせず、歩留りを向上させ寸法精度に
優れ壁厚の薄いセラミックハニカム構造体、グリーンシ
ート、セラミックパイプ、セラミック丸棒等の微細精密
なセラミック成形体をスクリューの捻じれ癖なく作製す
ることのできる押出成形機を提供することを目的として
いる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係るスクリューピストン式真空押出成形機は、
上段押し出しスクリュー１と下段押し出しスクリューピ
ストン２との間に真空室３を有する２段スクリューピス
トン式真空押出成形機において、原料投入口４から供給
された坏土５を上段押し出しスクリュー１で混練りし
て、真空室３で脱気し下段押し出しスクリューピストン
２へ送り、シリンダー先端面９までスクリューピストン
先端１０を前進させておいた下段押し出しスクリューピ
ストン２で坏土５を混練りしながらスクリューで巻き込
み、シリンダーの先端に坏土５を加圧充填すると共に下
段押し出しスクリューピストン２をスクリューピストン
後退位置１１迄後退させ、シリンダー先端部に一定量の
混練りされた坏土５が充填されると下段押し出しスクリ
ューピストン２の回転及び後退を停止し、下段押し出し
スクリューピストン２をピストンとして機能させて、シ
リンダー先端１３に加圧充填した坏土５を下段押し出し
スクリューピストン２によって押し出し微細精密なセラ
ミック成形体を作製する。

【００１９】

【発明の実施の形態】上記した構成によれば坏土は２段
スクリューピストン式真空押出成形機によって充分混練
されると共に坏土中の空気を完全に脱気することが出来
る。完全に混練脱気された坏土は下段のシリンダー先端
部分に一定量加圧充填されると、下段押し出しスクリュ
ーピストンがピストンとして機能し、坏土を均一に加圧
してスクリューによる捻じれ癖のない肉厚の薄い微細精
密なセラミック成形体を高い生産効率で押出成形するこ
とが出来る。

【００２０】上記記載のスクリューピストン式真空押出
成形機によれば坏土はピストンの移動する方向と同一方
向にスムースに押し出されるためスクリューによる押出
時に発生する歪が押出成形体には残留せず押出成形体に
微少な歪や亀裂あるいは僅かなねじれ等の変形はなくな
り高精度の微細精密なセラミック成形体を押出成形する
ことができるのである。

【００２１】

【実施例】以下本発明に係るスクリューピストン式真空
押出成形機の実施例を図面に基づいて説明する。

【００２２】実施例１ 図１は本実施例に係るスクリュ
ーピストン式真空押出成形機を示す断面図である。この
装置は上段押し出しスクリュー１と下段押し出しスクリ
ューピストン２との間に真空室３を有する２段スクリュ
ーピストン式真空押出成形機である。上段押し出しスク
リュー及び下段押し出しスクリューピストン共に径は、
５０ｍｍである。上段押し出しスクリューは上段スクリ
ュー駆動用モーター６によって回転し、下段押し出しス
クリューピストンは下段押し出しスクリューピストン回
転用駆動モーター７によって回転すると共にピストン用
油圧ユニット８によりピストンとして前進及び後退の前
後運動を行なうことが出来る。

【００２３】上段押し出しスクリュー１は、原料投入口
４から供給された微細精密なセラミック成形体の原料で
ある触媒作用を持つ坏土を加圧混練りして真空室３へ送
る。真空室３は、送られてきた坏土の中に含まれる空気
を真空脱気して下段押し出しスクリューピストン２へ供
給する。下段押し出しスクリューピストン２は、スクリ
ューを回転させシリンダーの中の坏土を加圧充填しなが
ら後退する。このスクリューの後退は、ピストン用油圧
ユニット８が坏土の充填圧力をセンサ（図示せず）で検
知し制御しながら後退する。

【００２４】原料投入口４から供給された触媒作用を持
つ坏土５は上段押し出しスクリュー１で混練され真空室
３に送られここで完全に脱気され下段シリンダーに供給
される。下段押し出しスクリューピストン２でさらに混
練され完全に脱気した坏土５は下段押し出しスクリュー
ピストン２のシリンダー先端部分１３に加圧充填され
る。下段押し出しスクリューピストンの先端１０は、当
初図１の点線１２で示したシリンダー先端面９の位置に
あり、坏土が真空室３から供給されてくると下段押し出
しスクリューピストン２は回転しシリンダーの中の坏土
をシリンダー先端部分１３に加圧充填し坏土を送りなが
ら図１の実線で示したスクリューピストン後退位置１１
迄後退する。押出成形用金型１４からスクリューピスト
ン後退位置１１迄のシリンダー先端部分１３に坏土が加
圧充填されセンサ（図示せず）によって所定の加圧力が
検出されると下段押し出しスクリューピストン２は、ピ
ストン用油圧ユニット８によってピストンとなり一定の
圧力及び速度で坏土を押出成形用金型１４から押し出し
セラミックハニカム構造体１５を作製した。

【００２５】セラミックハニカム構造体の原料である坏
土は、触媒作用を有するもので水溶性のバインダーを使
用し可塑化されものである。このような坏土でセラミッ
クハニカム構造体の格子状の壁厚を０．１ｍｍ以下に押
出成形するため押出成形時における温度管理が重要であ
る。坏土は温度によって成形性が左右されるので、各々
の原料である坏土毎に定められた所定温度の維持が出来
るよう坏土の温度を冷却する為、下段押し出しスクリュ
ーピストンのシリンダー内部に冷水を通すパイプを装備
した冷却装置（図示せず）を設置している。

【００２６】以上本発明になるスクリューピストン式真
空押出成形機によって格子状の壁厚が０．１ｍｍ以下の
完全なセラミックハニカム構造体を押出成形することが
出来、下段押し出しスクリューピストンの回転による坏
土の加圧充填とピストン機能による押し圧工程も、原料
充填から押出成形迄の１サイクルの所用時間が短くて、
且つ、押出成形スピードの安定性が高く連続的な生産を
行なうことができた。

【００２７】実施例２ 本発明になるスクリューピスト
ン式真空押出成形機に厚さ０．０８ｍｍのグリーンシー
ト押出成形用金型を取り付け、実施例１と同様の操作を
行なうことによって微細精密な厚さ０．０８ｍｍの極薄
グリーンシートに微少な歪み、亀裂、捻じれ等を全く生
じさせず、歩留まり良く１サイクルの所用時間が短く
て、且つ、押出成形スピードの安定性が高く連続的な生
産を行なうことが出来た。

【００２８】実施例３ 本発明になるスクリューピスト
ン式真空押出成形機に外径１０ｍｍで肉厚１ｍｍのセラ
ミックパイプ押出成形用金型を取り付け、実施例１と同
様の操作を行なうことによって肉厚僅か１ｍｍの微細精
密なセラミックパイプに微少な歪み、亀裂、捻じれ等全
く生じさせず、歩留まり良く１サイクルの所用時間が短
くて、且つ、押出成形スピードの安定性が高く連続的な
生産を行なうことが出来た。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るスクリ
ューピストン式真空押出成形機によって、２段スクリュ
ー式真空押出成形機の優れた特性である坏土の完全均一
混合および完全脱気をおこなうことができ、逆にその欠
点である押出成形坏土の残留応力を除去することのでき
る方法をピストン機能の優れた特性で生かし、両方式の
優れた特性を充分活用することによって、セラミックハ
ニカム構造体、グリーンシート、セラミックパイプ、セ
ラミック丸棒等の微細精密なセラミック成形体を高い寸
法精度で押出成形することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係るスクリューピストン式真空押出
成形機の実施例を示す断面図である。

【図２】従来のスクリュー単独押出成形機の断面図であ
る。

【図３】従来のスクリュー式とピストン式の分離装填式
の断面図である。

【図４】従来のスクリュー式とプランジャー式の組み合
わせ装置の断面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】従来の提案された押出成形機の断面図である。

【図７】本発明の特許出願人になる登録特許『押出成形
装置』の断面図である。

【符号の説明】

８ ピストン用油圧ユニット ２２ 上段押し出しスクリュー用駆動モーター ２３ 下段押し出しスクリュー用駆動モーター ２９ ピストン ３０ 押出成形用金型 ３２ ピストン駆動用モーター ３３ 坏土 ５０ スクリュー駆動用モーター ５１ カッター ５９ ハニカム構造体 ６０ 上段押し出しスクリュー駆動用モーター ６１ 下段押し出しスクリュー駆動用モーター ６２ 原料投入口 ６３ 真空室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項 １】 上段押し出しスクリュー１と下段押し
   出しスクリューピストン２との間に真空室３を有する２
   段スクリューピストン式真空押出成形機において、原料
   投入口４から供給された坏土５を上段押し出しスクリュ
   ー１で混練りして、真空室３で脱気し下段押し出しスク
   リューピストン２へ送り、シリンダー先端面９までスク
   リューピストン先端１０を前進させておいた下段押し出
   しスクリュー２で坏土５を混練りしながらスクリューで
   巻き込み、シリンダーの先端に坏土５を加圧充填すると
   共に下段押し出しスクリューピストン２をスクリューピ
   ストン後退位置１１迄後退させ、シリンダー先端部に一
   定量の混練りされた坏土５が充填されると下段押し出し
   スクリューピストン２の回転及び後退を停止し、下段押
   し出しスクリューピストン２をピストンとして機能させ
   てシリンダー先端１３に加圧充填した坏土５を下段押し
   出しスクリューピストンによって押し出すことを特徴と
   するスクリューピストン式真空押出成形機。