JP2005178280A - 押出し成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】押出し成形機を用いて得られた成形体にスクリューの金属摩耗粉が混入しやすく外観品質の悪いものとなりやすい。
【解決手段】シリンダ１内に配置され、坏土５を押出すスクリュー２と、該スクリュー２より押出された杯土５を圧縮するためのテーパ部３と、成形体の外径を決定するストレート部４とからなる押出成形機であって、上記テーパ部３の径方向の略中心軸Ａ上に杯土５を排出する手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミック等の押出しスクリューを摩耗させる材料の押出し成形に用いられる押出し成形機に関する。

一般的に、セラミックス、ガラス繊維を含む樹脂等からなる柱状体を成形するためには、押出し成形機を用いた押出し成形が多用されている。

押出し成形の仕組みについて図４に基づいて説明する。図４は押出し成形機の断面模式図を示すものであり、例えば、セラミックス材料を押出し成形する場合には、シリンダ１内の貫通孔１ａに坏土５を供給し、シリンダ１内に配置され、ステンレス、セラミックス等からなり、螺旋状の薄い凸部を複数有するスクリュー２によって混合されながら、その先端に取り付けられた押出し成形用金型のテーパ部３によって圧縮され、さらにストレート部４によって得られる成形体の外径が整えられて押出される仕組みである。そして、押出された杯土５、即ち円柱状の成形体は、所望の長さに切断されて、乾燥、脱脂、焼成工程を経て、円柱状体となる（特許文献１参照）。
特開平５−７７２２５号公報

ところが、従来の押出し成形機では、図５（ａ）に示すように、スクリュー２の外周部に形成された凸部が回転により杯土５を押出すが、この時、杯土との摩擦により凸部が摩耗し、凸部と接触する杯土に金属摩耗粉等の異物８が混入する。このようにして杯土５中に異物８を含む薄い層が形成される。この異物８を含む杯土５の薄い層は、断面で見るとスクリュー２の凸部の間隔と同じ間隔で平行な面として形成される。

この異物８を含む薄い層は、シリンダ１の貫通孔１ａの下流部で、その内周面との抵抗のために流速が遅くなる。また、中心部もスクリュー２の凸部の推進力が働かないため流速が遅いため、この薄い層は図５（ａ）に示すように中心と外周の中間付近で、進行方向に膨らんだ形状を示す。この状態でテーパ部３に流入すると、杯土５は中心軸方向に圧縮され、異物８を含む杯土の薄い層は中心軸に折り重なって行き、結果として円柱状の成形体６の中心部で金属密度が高くなってしまう。

そして、得られた成形体は、図５（ｂ）に示すように、中心部に金属摩耗粉から成る異物８を多く含み、これが焼成工程で黒色に発色し、黒点と呼ばれる外観異常の原因となっていた。

特に、原料粉末としてアルミナからなる杯土を押出し成形する場合には、アルミナは一般に粒度が荒いため、スクリュー２が摩耗しやすい。そのため、スクリュー２が摩耗して生じた金属粉が成形体に多く混入しやすいため、この黒点が顕著に生じるという問題があった。

この黒点を防止する手段として、スクリュー２をセラミックスによって形成することでスクリュー２からの摩耗粉が発生を防止するとともに成形体の黒点を防止できるものが用いられたが、セラミックスは加工が困難で、非常に高価であること、また、欠けが発生しやすいため長期にわたって使用できないという問題があった。

そこで本発明の押出し成形機は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダ内に配置され、坏土を押出すスクリューと、該スクリューより押出された杯土を圧縮するためのテーパ部と、成形体の外径を決定するストレート部とからなる押出成形機であって、上記テーパ部の径方向の略中心軸上に杯土を排出する手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明の押出し成形機は、上記排出手段が管状部材からなり、その一端がテーパ部の長さ方向の４０〜８０％に配置されるとともに、坏土の上流側に向けて開口し、他端がテーパ部の外側に配置されることを特徴とする。

さらに、本発明の押出し成形機は、上記杯土がアルミナ粉末からなることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、シリンダ内に配置される坏土を押出すスクリューと、該スクリューより押出された杯土を圧縮するためのテーパ部と、成形体の外径を決定するストレート部とからなる押出成形機において、上記テーパ部の径方向の略中心軸上に杯土を排出する手段を設けたことから、坏土中のスクリューの摩耗粉を除去し、中心部に黒点の無い、外観品質に優れた柱状成形体を得ることができる。

また、本発明の押出し成形機は、上記排出手段が管状部材からなり、その一端がテーパ部の長さ方向の４０〜８０％に配置されるとともに、坏土の上流側に向けて開口し、他端がテーパ部の外側に配置されることにより、簡単な構造でテーパ部を流れる坏土中の摩耗粉を効率的に除去することができ、成形体に生じる黒点を防止することができる。

さらに、本発明の押出し成形機は、上記杯土がアルミナ粉末からなることから、スクリューを摩耗させやすいアルミナ粉末からなる成形体を成形する際により有効に摩耗粉を効率的に除去することができ、成形体に生じる黒点を防止することができる。

以下本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の押出し成形機の一実施形態を示す断面模式図であり、シリンダ１内に配置され、坏土５を押出すスクリュー２と、該スクリュー２より押出された杯土５を圧縮するためのテーパ部３と、成形体の外径を決定するストレート部４と、上記テーパ部３の径方向の略中心軸上に杯土５を排出する手段として管状部材７を設けたものである。

この押出し成形機を用いて成形体を成形するには、シリンダ１内の貫通孔１ａに坏土５を流入し、スクリュー２を回転させて杯土５を押圧し、テーパ部３によって圧縮された坏土５はストレート部４で外径を決定されて成形体を得るものである。

上記シリンダ１は、スクリュー２を収容するのに必要、且つ最小限の内径を有する円筒状の部材であり、一般的にはステンレス製である。また、外周部に等間隔に螺旋状に配置された凸状部を有する。

そして、スクリュー２によって押出された坏土にはスクリュー２の金属摩耗粉等の異物が混入する。これは、スクリュー２の外周部に形成された凸部が回転により杯土５を押出すが、この時、杯土５との摩擦により凸部が摩耗し、凸部と接触する杯土に金属摩耗粉等の異物が混入するためである。

ここで、本発明の押出し成形機では、上記テーパ部３の径方向の略中心軸上に杯土５を排出する手段を設けたことが重要である。

この排出手段は、管状部材７の他に吸引ポンプ等からなり、スクリュー２と坏土５との接触によって混入した金属摩耗粉を有効に除去できるものであればよく、得られた成形体に黒点が発生するのを防止して外観品質に優れた成形体を得ることができる。

なお、テーパ部３の略中心軸上とは、中心軸Ａを中心として径方向に±５％以内の位置を中心に開口するものである。杯土５中に金属摩耗粉等の異物が混入すると、その異物を含む薄い層が形成され、この異物を含む杯土５の薄い層は、断面で見るとスクリュー２の凸部の間隔と同じ間隔で平行な面として形成されるが、シリンダ１の貫通孔１ａの下流部で、その内周面との抵抗のために流速が遅くなる。また、中心軸Ａの近傍もスクリュー２の凸部の推進力が働かないため流速が遅いため、この薄い層は中心と外周の中間付近で、進行方向に膨らんだ形状を示し、この状態でテーパ部３に流入すると、杯土５は中心軸Ａの方向に圧縮され、異物を含む杯土の薄い層は中心軸Ａの近傍に集中してくる。そこで、この排出手段を中心軸Ａ近傍に配置することで異物を効率的に除去できるものである。

また、上記排出手段は、図１、２に示すように管状部材７からなり、その一端がテーパ部３の長さ方向の４０〜８０％に配置されるとともに、坏土５の上流側に向けて開口し、他端がテーパ部３の外側に配置されることが好ましい。

この管状部材７は、開口部７ａを坏土５の上流側に開口するように設けるため、上記異物が開口部７ａに選択的に流入し、押出し圧力により自動的に外部に配置された他端の開口部７ｂから流出させることができる。

管状部材７の開口部７ａは、その中心が中心軸Ａとほぼ一致するように設け、開口面が中心軸Ａにほぼ直角になるように設けることが好ましい。

また、開口部７ａがテーパ部３の長さＬに対して４０〜８０％の位置になるよう設けることで、成形体を焼成して得られた焼結体のクラックの発生を防止しつつ、効果的に黒点を防止することができる。開口部７ａの位置がテーパ部３の長さＬに対して４０％未満となると、スクリュー２に近くなり、金属摩耗粉が十分に中央部に集中しない内に杯土５の中心部を排出することになり、十分な効果が得られない。即ち、杯土５の中心部に集中していなかった金属摩耗粉が、管状部材７の下流で杯土５の中心部に集中し、これが焼成後に黒点となってしまう。一方、８０％を越えると、ストレート部４に近くなり、効果的に金属摩耗粉を排出することができるものの、排出後の杯土５が十分に圧縮されず、成形体を焼成した後にクラックが発生しやすい。より好ましくは、４５〜５５％である。

また、管状部材７は、テーパ部３の側壁に孔を設け、ここに管状部材７を挿入して、接着剤、半田、ろう材等で固定されており、テーパ部３の側壁と管状部材７との境界は、さらに接着剤、半田、ろう材等で封止されるため、この境界から杯土５が流出することはない。

また、このように管状部材７等からなる排出手段を設けることで、一旦、杯土５は中心部を失い筒状となるが、上記筒状部材７の下流で全体的に径方向に圧縮されるので、最終的に押出し成形機から押出される時には再度柱状の杯土５に戻ろうとする。圧縮が不十分だと中心部にクラックが発生するが、この場合はストレート部４を長くすることで解決できる。ストレート部４が長くなると、全体の流路抵抗が高くなるため、管状部材７によって中心部を失った坏土５を効果的に再度圧縮して十分に圧縮された成形体を得ることができる。

また、管状部材７の開口部７ａの直径については、あまりに小さいと金属摩耗粉を高密度に含む杯土５の中心部を完全に取り込むことができず、下流に逃がしてしまう。また、スクリュー２の直径が大きくなると杯土５中に混入する金属摩耗粉の量も多くなり、その結果、黒点の直径も大きくなるので、取り除くべき杯土５の直径、即ち上記直径も必然的に大きくしなければならなくなる。そのため、排出手段の開口部の直径はスクリュー２の直径の３％以上とすることが好ましい。一方、直径が大きすぎると、それだけ杯土５を無駄にしてしまうことになるので材料の利用効率の観点から望ましくない。また、杯土５を再度圧縮するのも困難になるため、スクリュー２の直径の１５％程度以下とすることが好ましい。

このようにして、最終的に押出し成形機から押出されて得た成形体６は、金属摩耗粉を高密度に含む部分が除去されるので、その後の焼成工程で、金属摩耗粉が発色し、黒点と呼ばれる外観上の不具合も発生しなくなる。

尚、黒点問題のそもそもの原因はスクリュー２の摩耗なので、本発明はスクリュー２を摩耗させやすい材料を押出し成形する場合に特に有効である。具体的には、粒径が大きく、硬度の高い粉体原料を杯土にして押出し成形する場合で、一般的にはセラミックスの押出し成形がこれに当たる。より具体的には、アルミナを押出し成形する場合に特に効果が大きい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば管状部材７の内径は円形でなくともよく、四角形や三角形等の多角形でもかまわない。また、図３に示すように、テーパ部３の中間部に開口部７ａを持ち、両端に排出するための２つの開口部７ｂを有する管状部材７を設けてもよく、本発明を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。

以下本発明の実施例を説明する。

図３に示すような本発明の押出し成形機を作製した。

テーパ部３のＬ寸は約４０ｍｍで、管状部材７の開口部７ａはテーパ部３の入り口から約２０ｍｍ、即ち約５０％の位置に配置した。スクリューの直径は５０ｍｍとした。管状部材７は、ステンレス製で内径が約３ｍｍ、外径が約４ｍｍとし、外周部に２つの開口部７ｂを有し、テーパ部３に接着剤を介して固定した。さらに、開口部７ａは、流れの上流を向くように中心軸Ａ上に設けた。

また、比較例として、この管状部材７を有しない図４に示すような押出し成形機を作製した。

各押出し成形機を用いて坏土５としてアルミナを用い、直径約１０ｍｍ、長さ約２９０ｍｍの円柱状成形体を成形し、乾燥、脱脂工程後、１５２０℃にて焼成し、アルミナ焼結体を得た。なお、各押出し成形機を用いて、それぞれ３００本づつ作製し、黒点の有無を目視検査によって確認した。

その結果、本発明の押出し成形機を用いた場合にはわずかに６本、即ち２％のセラミックにおいて端面中心部に黒点が見られたのみであったのに対し、従来の押出し成形機を用いた場合には３００本、即ち１００％のセラミックにおいて端面中心部に黒点が見られた。

本発明の押出し成形機の一実施形態を示す断面図である。 本発明の排出手段の位置を説明するための断面図である。 本発明の押出し成形機における排出手段の他の実施形態を示す断面図である。 従来の押出し成形機を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は従来の押出し成形機による成形の様子を説明するための模式図である。

符号の説明

１：シリンダ
１ａ：貫通孔
２：スクリュー
３：テーパ部
４：ストレート部
５：坏土
６：成形体
７：管状部材
７ａ：開口部
７ｂ：開口部
８：異物

Claims (3)

1. シリンダ内に配置され、坏土を押出すスクリューと、該スクリューより押出された杯土を圧縮するためのテーパ部と、成形体の外径を決定するストレート部とからなる押出成形機であって、上記テーパ部の径方向の略中心軸上に杯土を排出する手段を設けたことを特徴とする押出し成形機。
2. 上記排出手段は、管状部材からなり、その一端がテーパ部の長さ方向の４０〜８０％に配置されるとともに、坏土の上流側に向けて開口し、他端がテーパ部の外側に配置されることを特徴とする請求項１記載の押出し成形機。
3. 上記杯土がアルミナ粉末からなることを特徴とする請求項１または２記載の押出し成形機。

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