JP2016141150A - 建築材の押出成型機に使用される金型及びその金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】離型剤の使用を減らすことができ、粘性のある成型原料であっても所望するスピードで吐出する事が可能な押出成型機の金型及びその金型の製造方法を提供することを主目的とする。【解決手段】建築材を製造する押出成型機１に使用される金型２０であって、金型２０は、粘性を持った原料が接触する面に、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）を伴った鋭角であって微小な凹凸を設けたことを特徴とする建築材の押出成型機１に使用される金型２０及び建築材の押出成型機１に使用される金型２０の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、建築材の中でも主に窯業系サイディングを製造する押出し方式の製造装置に使用される金型及びその金型の製造方法に関する。

従来から窯業系サイディングは、主成分としてセメント質材料に繊維質原料や混和材と水を加え成型される。この窯業系サイディングを成型する方法として抄造法、鋳込法及び押出法がある。

その一例として特許文献１には、押出成型後の加飾型による成形性が良好な生産性に優れた建築材料等に用いることができる無機質外装材及びその製造方法が提案されている。詳細にはＳｉＯ２ ― Ａｌ２Ｏ３ 系無機質粉体と、アルカリ金属珪酸塩と、水とを含む硬化性無機質組成物からなる成形材料を押出成形し、硬化させてなることを特徴とする無機質外装材、及びその製造方法が提案されている。

また、特許文献２は、セメント、骨材を主成分とするセメント押出し成形生板を形成する際、補強繊維、増粘剤、水を混合したセメント材料を押出成形機から押出し、押出成形機の口金にセメント材料成分が付着するのを防止するために、セメント材料中に離型性を向上させるための樹脂成分を混合して押出成形し、その後に養生・硬化してセメント押出し成形板を製造する製造方法が提案されている。

これら技術は、粘性のある混成した成型原料を使用するため希望するスピードで金型から吐出する事ができなかった。また、これら原料は粘性があるために、離型剤を使用しなければならず成分の調整等が難しいこともあり作業が繁雑となっていた。

特開２００５−３３０６３２号公報 特開２００５−０５３０２３号公報

本発明は、このような課題を鑑みされたものであり、建築材を製造する際に離型剤の使用を減らすか又は使用することがないようにすることができ、また粘性のある原料であっても所望するスピードで吐出する事が可能な押出成型機の金型及びその金型の製造方法を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために、以下の手段を採った。

建築材を製造する押出成型機に使用される金型であって、前記金型は、粘性を持った原料が接触する面に、空気層を伴った微小な凹凸を設けたことを特徴とする。
このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸は、不規則な配列及び不規則な深さで形成されていることを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸は、２μｍ〜３００μｍの深さであることを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸は、鋭角な突起を形成していることを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸は、１０μｍから４００μｍの径であることを特徴とする請求項１記載の建築材の押出成型機に使用される金型。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸は、前記金型よりも硬い粒子を衝突させ、粒子の径より深さを小さく形成したことを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。また、粒子の再利用が可能であると共に鋭角な凹凸が形成しやすくなり、空気層に侵入し難くなる。

建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造工程であって、成形物を成型する形状に鋼材を形成する工程と、粘性を持った原料が接触する面に微小な凹凸を形成する工程と、押出成型機に組み込むために組み合わせる工程と、を有することを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸を形成する工程は、粒子を圧縮空気を利用して鋼材の表面に衝突させるショット・ブラスト加工により深さ及び配列を不規則な凹凸を形成する工程であることを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸を形成する工程は、粒子の大きさの範囲が５００μｍから１５００μｍの大きさの粒子を圧縮空気を利用して鋼材の表面に衝突させるショット・ブラスト加工によって形成する工程であることを特徴とする。
このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。

前記凹凸を形成する工程は、上下に分割した金型の表面にショット・ブラスト加工を施す工程であることを特徴とする。このように構成することによって、ショット・ブラスト加工がし易くなる。

前記凹凸を形成する工程は、前記金型よりも硬い粒子を衝突させ、粒子の径より深さを小さく形成したことを特徴とする。このように構成することによって、粘性のある成形物は、空気層に侵入し難くなり、スムーズに吐出される。また、粒子の再利用が可能であると共に鋭角な凹凸が形成しやすくなり、空気層に侵入し難くなる。

図１は、本実施形態の成形物３の製造装置１の構成を示す概要図である。 図２は、本実施形態の成形物３の製造工程を表すフローチャート表す図である。 図３（Ａ）は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の構成を示す斜視図である。図３（Ｂ）は、金型２０の一部分を拡大した斜視図である。 図４は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の構成を示す側面図である。 図５は、本実施形態にかかる本発明の金型２０を製造する際に使用されるサン ドブラスト装置の粉末の粒子３０の概要を示す概要図である。 図６は、本実施形態にかかる本発明の金型２０を製造する際に使用されるサン ドブラスト装置４０の粉末の粒子３０が吐出されている状態の概要図である。 図７は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の断面と成形物３との接触する状態を示す概要図である。 図８は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の断面と成形物３が流れている様子を示す作用図である。 図９は、図３（Ｂ）の領域Ｃの部分を平面から見た倍率約５３倍での顕微鏡写真である。 図１０は、図３（Ｂ）の領域Ｃの部分を平面から見た倍率約１７２倍での顕微鏡写真である。 図１１は、図３（Ｂ）の領域Ａ及びＢの部分を正面から見た倍率約５３倍での顕微鏡写真である。 図１２は、図３（Ｂ）の領域Ａ及びＢの部分を正面から見た倍率約５３倍での顕微鏡写真である。

本発明にかかる建築材（窯業系サイディング）を製造する押出成型機に使用される金型及びその金型の製造方法の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。

（実施形態）
本発明の実施形態にかかる建築材の製造方法について図１及び図２を参照して説明する。図１は、建築材製造装置１が示されている。図２は、本実施形態の成形物３の製造工程を表すフローチャート表す図である。

原材料の混合・混練工程Ｓ１は、原材料を混合して練り上げる工程である。この工程では、主な原料としてセメント質材料（ボルトランドセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等）、硅酸原料（けい石粉、シリカサンド、シリカフユーム、フライアッシュ等）、繊維原料（無機質繊維― ガラス繊維,ロックウール等、有機質繊維一パルプ、木繊維、ビニロン、ポリプロピレン、アクリル等）、混和材料（パーライト、ゼオライト、炭酸カルシウム、粒状有機発泡体、着色材料等）と水とが混ぜられる。これら原料は特に限定する必要はなく、他の原料を混和させてもよく、またすべて混ぜ合わせて使用する必要もない。

混ぜ合わせ、練り上げた原料を製板する工程として後述する押出成形工程Ｓ２がある。この工程では、押出して金型による建材としての形を形成しても良いが、プレスして型を形成する方法であっても良い。このプレスでは、表面エンボスや溝形状賦型での成型する方法も考えられる。

成型された成形物３は、セメント成分が水と化学反応を起こして固まる反応を促進させ、セメントの硬化を進める工程として養生工程Ｓ３がある。使用原材料,製品の板厚等の仕様によって様々な方式が採られているが、自然養生、蒸気養生、オ-トクレープ養生等の方式がある。そして、次の工程は余分な水分を飛ばす乾燥工程Ｓ４である。
そして、製品として仕上げる工程Ｓ５は、基板を所定の寸法に切断や表面を削って模様の作成をする工程である。

また、本発明の押出成形工程Ｓ２は、図１に示されるように、原材料の混合・混練工程Ｓ１で作成された原料を、建築材製造装置１の押出成型機１０でスクリュー形のスクリュー１２で金型２０に押し出して成形物３を成型する。押出成型機１０は、真空室を設けて原料を加圧移送させて一段と混練性を高め、原材料の空気をできる限り抜気した状態で金型２０に送り込む。送り込まれた原材料は、金型２０の開口部２２の形状に形成され、成形物３として吐出される。成形物３は、所定の長さに切断されてローラ１５を伴ったベルトコンベア１４で養生工程Ｓ３に運ばれる。本発明では、所定に長さにカットされる状態を示しているが、カットされずに連続した状態で養生工程Ｓ３に運んでも良い。
押出成型機１０は、先端に金型２０が設けられているが、金型装着部１３に、ボルト等で図１、図３及び図４に示される金型２０の取付部２５を介して取り付けられる。

次に、図１及び図３乃至図１１を参照して本発明の金型２０及び金型２０の製造方法を説明する。図３（Ａ）は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の構成を示す斜視図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の丸で囲まれた金型２０の一部分を拡大した斜視図である。図４は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の構成を示す側面図である。図７は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の断面と成形物３との接触する状態を示す概要図である。図８は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の断面と成形物３が流れている様子を示す作用図である。

金型２０は、上下に分離された下型２１と上型２３を組み合わせることで構成され、成形物３の形状を形成するための開口部２２が設けられている。この開口部２２の形状と同一に、原料を押出すことによって吐出された成形物３の外形を形成する。この成形物３の外形を形成する金型２０の表面は、下型２１の下型表面部２７及び上型２３の上型表面部２６に後述する微小な凹凸が設けられている。また、金型２０の両端には、押出成型機１０の金型装着部１３に図示しないボルト等で装着するための取付部２５が設けられている。金型２０の端面は、図３（Ｂ）のように所定の角度で面取りが施されている。この面取り加工は、必ず必要とするものではないが、面取り加工がされていれば有れば成形物３のスムーズな吐出を促進することができる。

図９は、図３（Ｂ）の領域Ｃの部分を平面から見た倍率約５３倍での顕微鏡写真である。図１０は、図３（Ｂ）の領域Ｃの部分を平面から見た倍率約１７２倍での顕微鏡写真である。図１１は、図３（Ｂ）の領域Ａ及びＢの部分を正面から見た倍率約５３倍での顕微鏡写真である。図１２は、図３（Ｂ）の領域Ａ及びＢの部分を正面から見た倍率約５３倍での顕微鏡写真である。

図７乃至図１２に示すように金型２０の表面（２６・２７）は、微小な大小の凹凸が設けられている。微小な凹凸は、配列も不規則であり、穴の大きさも不規則な凹凸が形成されている。ショット・ブラスト加工は、圧縮空気によって粒子３０を衝突させて金属の表面を研磨する加工である。そして、粒子３０が衝突しなかった残存部２８や研磨された突起部２９が形成される。

表１及び表２は、例として８５０μｍから１０００μｍ程度の粒子３０を金型２０の表面（２６・２７）に衝突せて生成した不規則な凹凸を測定したデータである。表１は、図１２に示される顕微鏡写真を４箇所ランダムに測定した深さのデータである。深さは、大小あり、２μｍから３００μｍの深さが最適である。

表２は、図１０に示される顕微鏡写真を４箇所ランダムに測定した直径のデータである。直径は、粒子３０が衝突した谷と山との間の直径であり大小の凹凸がある。直径は、大小あり１０μｍから４００μｍの直径が最適である。

粘性を伴っている成形物３の粘性表面Ｈは、金型２０の鋭角な表面（２６・２７）と接しているが、空気層の空間部Ｚ１〜Ｚ８の方が粘性表面Ｈと接触している面積は大きい。また、鋭角な凹凸であるため、粘性のある成形物３は、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）に侵入し難い形状となっている。

（金型の製造方法）
図３、図５及び図６を参照して金型の製造方法を説明する。図５は、本実施形態にかかる本発明の金型２０を製造する際に使用されるショット・ブラスト装置の粉末の粒子３０の概要を示す概要図である。図６は、本実施形態にかかる本発明の金型２０を製造する際に使用されるショット・ブラスト装置４０の粉末の粒子３０が吐出されている状態の概要図である。

金型２０は、例えば、５６ＨＶから３００ＨＶ（ビッカース硬さ）の硬さの炭素工具鋼鋼材、機械構造用合金鋼材及び合金工具鋼鋼材等の金属材を成形物３の形状を形成するための形状を反映し、切削加工して形成されている。上下の金型の表面（２６・２７）は、鏡面のように研磨された後、図６に示すようにショット・ブラスト装置４０のノズル４１からアルミナ等の粒子３０をエアコンプレッサーの圧力によって吹き付ける。また、金型２０は、隅々まで微小な凹凸を形成するために広い面と略平行に金型２０を分割することで、作業が容易となるだけでなく隅々まで粒子３０を散布することができる。そのため、金型２０は、本発明では上下（２１・２３）に分割されている。吹き付けられた金型の上下の面だけでなく内側の側面を含めた表面（２６・２７）は、微小な凹凸が形成されている。

粒子３０は、図５に示すように、主に鋭角な鋭角部３１を伴った形状であり、鈍角部３２等も形成した歪んだ立体の粒子である。粒子３０は、番手で１６番から３０番のものを使用している。硬さは１４５０ＨＶ以上（ビッカース硬さ）であり１６００ＨＶ程度、５００μｍ〜１５００μｍの大きさの粒子の範囲が最適である。最も良いのはセラミック系研磨材のアルミナの２０番手であり、８５０μｍ〜１０００μｍ程度の粒子３０を使用すると良い。他の使用例として金属系研磨材であっても良い。鋭角部３１や鈍角部３２の数は特に実施例に限定されるものではない。

図７に示すように、鋭角を伴った不揃いの粒子３０が、上下の面だけでなく内側の側面を含めた金型の表面（２６・２７）に散布され衝突することで、これら微小凹凸が形成される。そのため、この微小な凹凸は、不規則に作られる。尚、鋭角な粒子を使用することで、鋭角な凹凸が形成されるので、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）には、粘性のある成形物３が進入し難くなる。

金型２０で成形物３を押出す際の状態について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の断面と成形物３が流れている様子を示す作用図である。
本発明と異なって表面が平坦な面で接触する場合、粘性のある成形物３は、その平坦面に密着してしまい、その後は次から次へと、粘性のある成形物３が上に重なり、流体としての流れが悪くなってしまう。そして、思うような形状に押し出すことができないか、または押し出されても流速が遅くなってしまう。

一方、本発明は、金型の表面（２６・２７）に微小な凹凸を形成する事で、凹凸面で形成された空気層（Ｚ１〜Ｚ８）によって、形成物３の粘性表面Ｈが金属面に密着することなく、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）が、形成物３の粘性表面Ｈを白矢印の方向に押すか又は、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）が回転するように作用する。そのため、金型の表面（２６・２７）に密着することが少なく、黒矢印Ｙの方向に形成物３がスムーズに流れることになる。

また、金型の表面（２６・２７）が、鋭角に微小な凹凸を形成する事で、形成物３の粘性表面Ｈが金属面に密着することなく、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）が、形成物３の粘性表面Ｈを白矢印の方向に押すか又は、空気層（Ｚ１〜Ｚ８）が回転するように作用する。そのため、金型の表面（２６・２７）に密着することが少なく、黒矢印Ｙの方向に形成物３がスムーズに流れることになる。

尚、鋭角の粒子３０だけでなくビース状のような球体の粒子３０を使用することも考えられる。粘性のある成形物３０が密着できないような空気層（Ｚ１〜Ｚ８）が形成できる粒子３０であればよい。
尚、金型２０は、２分割されているが多数分割して設けてもよく、また一体型であってもよい。押出成型機１０の金型２０は、１つだけでもよいが直列に多数連結してもよい。
尚、本実施例では、１つの金型２０で１つの建築材が形成されるが、これに限定されることなく多数の成形物３が取れるものであっても良い。その際、開口部２２が２個取りできるように、同一の形状が対称に形成され、建築材の成形物３が２個取りできる形状であっても良い。
本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

上述した実施の形態で示すように、窯業系サイディングを製造する際に粘度の高い押出成形材を使用する製品に利用することができる。

１…建築材製造装置、３…成形物（建築材）、１０…押出成型機、１１…押出装置、
１２…スクリュー、１３…金型装着部、１４…コンベア、１５…ローラ、
２０…金型、２１…下型、２２…開口部、２３…上型、２６…上型表面部、
２７…下型表面部、２８…残存部、２９…突起部、３０…粒子、３１…鋭角部、
３２…鈍角部、４０…ショット・ブラスト装置、４１…ノズル、Ｈ…粘性表面、
Ｙ…黒矢印、Ｚ１〜Ｚ８…空間部。

Claims (11)

1. 建築材を製造する押出成型機に使用される金型であって、
   前記金型は、粘性のある原料が接触する面に、空気層を伴った微小な凹凸を設けたことを特徴とする建築材の押出成型機に使用される金型。
2. 前記凹凸は、不規則な配列及び不規則な深さで形成されていることを特徴とする請求項１記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
3. 前記凹凸は、２μｍから３００μｍの深さであることを特徴とする請求項１記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
4. 前記凹凸は、鋭角な突起を形成していることを特徴とする請求項１記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
5. 前記凹凸は、１０μｍから４００μｍの径であることを特徴とする請求項１記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
6. 前記凹凸は、前記金型よりも硬い粒子を衝突させ、粒子の径より深さを小さく形成したことを特徴とする請求項１記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
7. 建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造工程であって、
   成形物を成型する形状に鋼材を形成する工程と、粘性のある原料が接触する面に微小な凹凸を形成する工程と、前記押出成型機に組み込むために組み合わせる工程と、を有することを特徴とする建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造方法。
8. 前記凹凸を形成する工程は、粒子を圧縮空気を利用して鋼材の表面に衝突させるショット・ブラスト加工により深さ及び配列を不規則な凹凸を形成する工程であることを特徴とする請求項５に記載の建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造方法。
9. 前記凹凸を形成する工程は、粒子の大きさの範囲が５００μｍから１５００μｍの大きさの粒子を圧縮空気を利用して鋼材の表面に衝突させるショット・ブラスト加工によって形成する工程であることを特徴とする請求項５に記載の建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造方法。
10. 前記凹凸を形成する工程は、上下に分割した前記金型の表面にショット・ブラスト加工を施す工程であることを特徴とする請求項５に記載の建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造方法。
11. 前記凹凸を形成する工程は、前記金型よりも硬い前記粒子を衝突させ、前記粒子の径より深さを小さく形成したこと特徴とする請求項５に記載の建築材を製造する押出成型機に使用される金型の製造方法。