JP2022172493A - 建築材の押出成型機に使用される金型 - 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均一に吐出すること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】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。【選択図】図３

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ことができなかった。また、これら原料は粘性があるために、幅方向に均等に吐出すること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速度によって幅方向に均一に吐出することが可能な押出成型機の金型を提供することを目的とする。

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、粘性のある原料が接触する面に、不規則な配列及び不規則な深さで形成され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、凹凸の凸部により押し出している原料を持ち上げる事により摩擦面積が減り原料流れの均等化を可能にする。また、
凹凸の粗さは製品表面に傷が残らず製品を加工することができる。

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の表面の粗さ示す測定データのグラフ及びデータである。 図６は、本実施形態にかかる本発明の金型２０に封孔処理剤を塗布し、金型２０の変化の状態を示す概要図である。 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。尚、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良く、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。

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、オー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脱気した状態で金型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。

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から図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。

また、図５は、本実施形態にかかる本発明の金型２０の表面の粗さ示す測定データのグラフ及びデータである。この測定データは、金型２０の幅方向又は長さ方向における代表値である。

Ｒａは、算術平均粗さを示しており、粗さ曲線（５７、５８、５９）の中央から平均でどの程度凹凸が形成されているかを示している。
Ｒｚは、十点平均高さ粗さを示しており、粗さ曲線（５７、５８、５９）から基準長さだけ抜き出した際の一番低い部分と一番高い部分の高さの差である。
Ｒｍａｘは、最大高さ粗さを示しており、粗さ曲線（５７、５８、５９）の山頂部と谷底部を取り表した値である。Ｒａ、Ｒｍａｘ、Ｒｚの単位は、μｍである。

また、図５は、各Ｒａの負荷曲線（５１、５２、５３）及び断面曲線（５４、５５、５６）を示している。
図５に示す測定データは、原材料における粘度や均一に押し出しを考慮して、Ｒａを決定した金型２０の表面の加工の測定データである。
源材料が、滑り易い場合には、Ｒａは、４から５．５が良く、源材料が、通常の滑り易さの場合には、Ｒａは、５．５から８が良く、源材料が、滑り難い場合には、８から１１が良い。この条件によれば、凹凸の粗さは製品表面に傷が残らず製品を加工することができる。

本実施例では、Ｒａは、４から１１が良く、最も良いのは、Ｒａ５．５から８である。
また、Ｒｍａｘは、４０から１００の範囲が良く、Ｒｚは、３０から７０の範囲が良い。また、ＲｍａｘをＲａで割った値（比）（Ｒｍａｘ／Ｒａ）は、８から１３が最も良く、数字が大きいほど凹凸のばらつきがあることを示している。

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）
金型２０は、例えば、４００ＨＶから４６０ＨＶ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、図９から図１２に示すようにブラスト、ロールコータ及び酸処理等により表面を削る。他の使用例として金属系研磨材であっても良い。

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。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。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。

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、このように構成することによって、粘性のある成形物は、凹凸の凸部により押し出している原料を持ち上げることにより摩擦面積が減り原料流れの均等化を可能にする。

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、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ことで、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が幅方向に均等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ことで、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、接地面が減少し金型の表面（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が幅方向に均等に流れることになる。

次に、図６は、上述によって形成した金型２０に、封孔処理剤４１を塗布した状態の図を示している。
図６（Ａ）は、金型２０の初期の状態を示している。封孔処理剤４１は、金型２０の表面及び凹部に浸透し、滑り性や摩耗性の優れたガラス製の材料を使用しているため、金型２０の滑り易さと摩耗による耐久性を向上させている。

図６（Ｂ）は、使用して経過した状態における図を示し、金型２０が削れていく様子が観察される。しかし、金型２０が削れても封孔処理剤４１によって滑り易さと摩耗による耐久性を向上させている。

図６（Ｃ）は、更に使用して経過した状態における図を示し、金型２０が削れ、更に封孔処理剤４１が削れているが、封孔処理剤４１が無くなることによって、金型２０に凹部分が現れて、空気槽（Ｚ１～Ｚ８）が保たれることによって、金型の表面（２６・２７）に密着することが少なく、原材料は幅方向に均等に流れることになる。

尚、金型２０は、２分割されているが多数分割して設けても良く、また一体型であっても良い。押出成型機１０の金型２０は、１つだけでも良いが直列に多数連結しても良い。

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、４１…封孔処理剤、Ｈ…粘性表面、Ｙ…黒矢印、Ｚ１～Ｚ８…空間部。

Claims (6)

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、不規則な配列及び不規則な深さで形成され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. 微小な凹凸は、Ｒａが４から１１μｍであることを特徴とする請求項１に記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
3. 微小な凹凸は、Ｒａが５．５から８μｍであることを特徴とする請求項１に記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
4. 微小な凹凸は、ＲｍａｘをＲａで割った値は、８から１３であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
5. 微小な凹凸は、凹部にガラス製の封孔処理剤を塗布し、穴埋めを施したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の建築材の押出成型機に使用される金型。
6. 微小な凹凸は、前記封孔処理剤が削れた後に、前記凹部が現れることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の建築材の押出成型機に使用される金型。

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