JP2579481B2 - セラミック繊維からなる筒状成形体の押し出し成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は押し出し成形装置に関し、特に主として高
炉、平炉、転炉の溶銑及び溶鋼中の温度の測定、更には
溶存酸素量及びカーボン量等の測定、並びにサンプリン
グを目的とする消耗型浸漬プローブの耐熱保護管に使用
するセラミック繊維からなる筒状成形体を成形するため
の押し出し成形装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、鉄鋼関係の製銑、製鋼分野の合理化及び品質管
理の向上のため、例えば、転炉、電炉、鋳造工程に於て
は温度管理を目的とする急速浸漬熱電対法である消耗型
熱電対による測温が行われ、また、転炉、鋳造工程にお
いては、消耗型熱電対を更に進めたカーボン量及び、酸
素量等の測定及びサンプリング等を目的とする消耗型多
目的測定素子（サプランス等）が使用され、品質管理
上、及び操業上極めて重要な役割を果たしている。

この消耗型熱電対及び消耗型多目的測定素子、いわゆ
る消耗型浸漬プローブには溶鋼及び溶銑中に浸漬する部
分に、熱劣化防止と耐侵食性、耐熱性、耐衝撃性等に優
れるセラミック繊維からなる筒状成形体が用いられてい
る。

このセラミック繊維からなる筒状成形体の成形方法
は、大別すると、 （イ）解繊されたセラミック繊維と結合剤とを含む水系
スラリーを用いる湿式吸引成形法、 （ロ）セラミック繊維を主成分とするペーパー状物を多
層に巻き回し、無機結合剤にて硬化するペーパー巻き成
形法、 （ハ）セラミック繊維を主成分とし適度な可塑性を有す
る混練物を用いる押し出し成形法CR等が有る。

（イ）の成形法に於ては、耐侵食性を有するのに必要
な緻密な成形体を得ることが困難であるばかりでなく、
しかも更に緻密性を高めるために用いられる結合剤、コ
ーティング剤による硬化の程度に著しいムラが生じるこ
とがあった。

即ち、吸引成形し乾燥して得られた筒状成形体を硬化
させるために通常コロイド状バインダー（例えばシリカ
ゾル）が含浸されるが、含浸ムラが生じ易いため、コロ
イド状バインダーの含浸が不充分で硬化できない部分が
あったり、またコロイド状バインダーは乾燥時にコロイ
ド粒子の移動が生じ易く硬化できるのは表面部分のみ
で、内部は殆ど硬化できないという現象が発生し易い欠
点を有していた。そのため耐久性能にバラツキが発生す
るため、（イ）の成形法によって製造される筒状成形体
は信頼性に劣るものであった。

また、真空吸引成形後の金型からの離型時に変形が生
じ易く、所望の精度を有する筒状成形体が得にくかっ
た。

（ロ）の成形法に於ては、ペーパー状物を多層に巻き
回す段階で硬化処理を施すことが可能なため硬化の程度
に著しいムラは生じないが、この成形法によって得られ
た筒状成形体は、特に浸漬時に接触するスラグに対する
耐侵食性に必要な緻密性に欠けるものであり、またセラ
ミック繊維を一度ペーパー状に成形したものから円筒状
に成形するため非常に高価なものとなり消耗品としての
使用に不向きで、（イ）の成形法と同様決して満足でき
るものではなかった。

（ハ）の成形法に於いては、セラミック繊維を主成分
とし、セラミック繊維が均一に分散している混練物を用
いることから、耐侵食性を有するのに必要な緻密な成形
体を容易に得ることができるばかりでなく、組成および
密度のバラツキは少なくまた寸法精度良好な成形体が得
られるものであり、（イ）の成形法による筒状成形体の
ように、硬化処理時に生じる変形による寸法精度不良と
いった品質面の問題は全く生じない。更に、この成形法
によって得られた筒状成形体は、連続的に成形されるも
のであることから、その生産性も優れ、成形コストが
（イ）の成形法の1/2〜1/3、（ロ）の成形法の1/5〜1/6
であり、コスト的にも優位に立つことが出来、消耗品と
しての使用には好適である。

このように、前記セラミック繊維を主成分とし適度な
可塑性を有する混練物を用いる押し出し成形法で成形し
た筒状成形体は、前記消耗型浸漬プローブの耐熱保護管
として大変有用なものである。

前記筒状成形体の押し出し成形法に用いる押し出し成
形装置には、ピストン型の押し出し機とオーガー機があ
るが、工業的にはオーガー機が用いられており、その概
略を第６図に示す。

従来の筒状成形体の押し出し成形法に用いられている
押し出し成形装置としてのオーガー機は、第６図に示す
ように、オーガスクリュー（７）の回転によって混練物
がバレル（８）内で押圧され、当該混練物はこの押圧力
によって所定の構造を有する略流線形状の内玉型（10）
および口金（９）を通して押し出され、これにより筒状
成形体を成形するように構成されている。この略流線形
状の内玉型（10）は、第７図に示す間挿板（11）に設け
た内玉吊り（12）で固定されている。

即ち、成形後の混練物は、前記間挿板（11）に設けた
内玉吊り（12）で一度分割され、バレル（８）内で圧縮
統合される。しかしながら、混練物に一度発生した界面
は、バレル（８）内で圧縮されても界面が発生する以前
の構造、つまり、繊維、粘土、充填剤、結合剤が均一に
分散した構造にはなりにくい。一度分割されて再び統合
される界面に高い圧縮力を加えても、混練物内部より選
択的に水分及びバインダーがしぼり出されてしまうだけ
であり、この界面への特にセラミック繊維の絡み合い移
動は伴なわない。従って、成形体の乾燥後この圧縮統合
されにくい部分は、他部分に比べて密度が低くなるばか
りでなく、特にセラミック繊維の補強効果が得られず、
結合剤の接着強度のみに依存することになり、完成後の
筒状成形体にあってはその軸心と平行な部分に常に著し
く強度の弱い部分が存在することになる。

すなわち、押し出し成形法を採用した従来の装置でつ
くられた筒状成形体は、その成形過程で発生する欠陥に
よって著しい強度低下や強度不均一が生じるため、前記
筒状成形体の取り扱い作業時または、前記消耗型浸漬プ
ローブの取り扱い作業時に、亀裂の発生または破壊を引
き起こすことになり、その使用が著しく制約を受ける欠
点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、以上のような実状に鑑みなされたもので、
その解決しようとする問題点は、押し出し成形法を採用
した従来の装置における欠点、すなわち完成後の筒状成
形体の界面の残存である。

そして、本発明の目的とするところは、界面が残存し
ないセラミック繊維からなる筒状成形体を製造すること
のできる押し出し成形装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段および作用） 本発明は前述のように前記従来技術の欠点を除去改善
するために次の手段を有する装置、すなわち、 「セラミック繊維を主成分とする混練状物を、オーガ
シリンダ内のオーガスクリュー軸により筒状に押し出し
成形する筒状成形体の成形装置において、 前記オーガスクリュー軸の後流側に、このオーガスク
リュー軸の後端の径と同等もしくは小さい径の案内部を
介して内玉型が設けられてなることを特徴とするセラミ
ック繊維からなる筒状成形体の押し出し成形装置」 である。

以下添付図面に従って本発明の成形装置を詳細に説明
する。

本発明の成形装置は、例えば第１図あるいは第３図に
示すオーガスクリュー軸（14）で押し出し形成すること
を基本とした装置であるが、このオーガスクリュー軸
（14）の先端に筒状成形物の内寸法を規制する略流線形
状の内玉型（15）あるいは（30）を装着したものであ
る。すなわち、本発明に係る押し出し成形装置は、上記
第１図あるいは第３図と従来の装置を説明する第６図及
び第７図とを比較すれば理解できる如く、従来必要とさ
れていた第７図に示したような内玉吊り（12）を全く必
要としない装置である。

即ち、第１図及び第２図に示した本発明に係る押し出
し成形装置は、そのオーガスクリュー軸（14）の先端中
心に一定形状を有する凹部分（16）を設け、略流線形状
の内玉型（15）の案内部（16）を中心にした凹部分（1
6）に対応する形状の凸部分（17）を設け、これらの凹
部分（16）と凸部分（17）とを互いに嵌合接着したもの
である。これにより、オーガスクリュー軸（14）と内玉
型（15）とを連結し、当該内玉型（15）の図示右端部を
オーガスクリュー軸（14）に対して支持したものであ
る。

この場合、内玉型（15）のオーガスクリュー軸（14）
側の部分は、このオーガスクリュー軸（14）の後端の径
と同等もしくは小さい径の案内部（15a）としてあり、
この案内部（15a）によりオーガスクリュー軸（14）の
図示左端を通過してきた混練物が容易に内玉型（15）の
周囲に進入し得るようにしてある。

なお、前述した凹部分（16）を凸部分に変更し、合わ
せて凸部分（16）を凹部分に変更することも可能であ
る。筒状成形体の内寸法が２種類以上あるときは、凹部
分（16）と凸部分に対応する形状のネジ山を設けて脱着
を容易にすることも可能である。

そして、この第１図及び第２図に示した装置にあって
は、その内玉型（15）の図示左端部を装置外において支
持したものである。

第３図に示した本発明に係る押し出し成形装置は、そ
のオーガスクリュー軸（14）の中心に内玉型（30）が回
転自在に嵌装してあり、この内玉型（30）の両端は装置
外に突出させてある。勿論、この内玉型（30）にあって
も、内玉型（30）のオーガスクリュー軸（14）側の部分
は、このオーガスクリュー軸（14）の後端の径と同等も
しくは小さい径の案内部（30a）としてある。

（発明の作用） 以上のように構成した本発明に係る押し出し成形装置
により混練状物を押し出せば、オーガスクリュー先端か
ら出た混練状物は内玉型（15）あるいは（30）の案内部
（15a）あるいは（30a）によって案内され、最終的に筒
状物となって装置外に排出される。

この場合、当該装置内には、従来必要とされていた第
７図に示したような内玉吊り（12）が存在していないか
ら、装置外に排出された混練物中には界面は存在してい
ないのである。従って、完成された筒状の混練状物中の
セラミック繊維は、筒状混練物中において分断されるこ
となく存在し得るものであり、常に均一な状態で存在し
ていることになる。

（実施例） 次に、本発明を、図面に示した実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図及び第２図には、本発明に係る押し出し成形装
置の第一実施例が示してある。この成形装置にあって
は、オーガシリンダ（６）内に収納したオーガスクリュ
ー軸（14）で押し出し形成することを基本とした装置で
あり、このオーガスクリュー軸（14）の先端に筒状成形
物の内寸法を規制する略流線形状の内玉型（15）を装着
したものである。すなわち、この第一実施例の押し出し
成形装置は、従来必要とされていた第７図に示したよう
な内玉吊り（12）を全く必要としないものなのである。
この内玉型（15）は、オーガスクリュー軸（14）の後端
（後流側に位置する部分）の径より小さい径の案内部
（15a）を有してオーガスクリュー軸（14）とは別体に
形成されているものである。そして、この内玉型（15）
は、第２図に示すように、その後端側に設けた凸部分
（17）をオーガスクリュー軸（14）の前端部に設けた凹
部分（16）に嵌合して一端を支持するとともに、その他
端をオーガシリンダ（６）外にて支持するようにしたも
のである。

また、第３図には、本発明の第二実施例が示してあ
る。この第３図に示した装置にあっては、内玉型（30）
は一体的に形成され、その中央部分が装置、すなわちオ
ーガスクリュー軸（14）内に回転自在に嵌装された状態
で配置され、その両端が当該装置外に突出したものであ
る。また、この内玉型（30）にあっても、内玉型（30）
のオーガスクリュー軸（14）側の部分は、このオーガス
クリュー軸（14）の後端の径と同等もしくは小さい径の
案内部（30a）としてある。

そして、当該装置外に突出した両部分は、外部の適宜
手段によって支持してある。

以上述べた如く、本発明の押し出し成形装置は、従来
の装置とは略流線形状の内玉型の固定方法が異なり、特
異な構造を有するものである。即ち、本発明の押し出し
成形装置は、混練状物押し出し経路の中心軸と略流線形
状の内玉型の中心軸を一致させて固定するために必要な
内玉吊りを必要としない構造を有するため、混練状物は
一度分割され界面を形成することなく押し出すことがで
きる。故に、特にセラミック繊維からなる筒状成形体の
成形装置として優れた性能を発揮するものである。

なお、本発明は第４図及び第５図に示したように実施
してもよい。このように実施した押し出し成形装置で
は、オーガスクリュー（７）の押し出し作用やピストン
作用による押し出しを行なうもので、筒状成形体の内寸
法を規制する略流線形状の内玉型（18）をこの押し出し
装置の外部より間挿しこの装置の外部で固定した内玉吊
りの無い押し出し成形装置である。勿論、この装置にあ
っては、略流線形状の内玉型の固定軸（19）は、その中
心軸がオーガスクリュー軸（14）の中心軸と一致するよ
うにこの押し出し成形装置の外部で固定される。しかし
ながら、略流線形状の内玉型（18）の末端には、押し出
される混練状物の高い圧力がかかるため、その形状は、
混練状物の性状を把握し試行錯誤による十分な検討が必
要である。

即ち、この第４図及び第５図に示した押し出し成形装
置にあっては、第５図に示すが如く略流線形状の内玉型
（18）の先端中心に凹部分（20）を凹設し、この凹部分
（20）に、内玉型（18）のための固定軸（19）の一端の
中心に凸設した凸部分（21）を嵌合するようにしてあ
る。また、この略流線形状の内玉型（18）にあっては、
第５図に示したように、その後流端部が押し出される混
練状物に所定の径の開口を形成するための逃げ部（22）
としてあり、その先端部（24）（これが案内部である）
が尖ったものとしてあるとともに、両者の中間部は両者
を滑らかに接続する胴部（23）となっている。なお、凹
部分（20）を凸部分に変更するとともに凸部分（21）を
凹部分に変更することも可能である。

しかしながら、この第４図及び第５図に示した例の装
置にあっては、短い筒状体を成形する場合は比較的問題
はないが、成形すべき筒状体の長さがある程度を超えた
場合には、次のような難点を解決しなければならないも
のである。すなわち、 完成された筒状体から内玉型（18）を抜き出さなけれ
ばならない。

内玉型（18）の一方（図示右側）の保持がなされてい
ないため、内玉型（18）の図示右端を支持する強度の面
を考慮しなければならない。

これらの難点が解決されれば、これらの第４図及び第
５図に示した装置であっても、本発明の目的とするとこ
ろは充分達成することができるものである。

ここで、本発明に係る押し出し成形装置を利用したセ
ラミック繊維からなる筒状成形体の成形方法について具
体的に説明する。

本発明のセラミック繊維からなる筒状成形体はセラミ
ック繊維60〜93重量％と粘土５〜35重量％とフェノール
樹脂、ポリアクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリエチレ
ンオキサイド樹脂、メチルセルロースの中から選ばれる
何れか少なくとも１種から成る有機結合剤が固型分とし
て２〜10重量％と必要に応じて添加される充填材、無機
結合剤、有機質成形助剤などからなる配合組成物100重
量部に対して合計水分量が40〜140重量部になるように
水を添加して混練し、次いで内玉吊りの無い本発明の２
つの押し出し成形装置いずれかにて連続的に筒状に形成
し、乾燥することにより作ることができる。

以上述べた如く本発明のセラミック繊維からなる筒状
成形体の成形方法は、内玉吊りのない押し出し成形装置
を用いたものであるから、従来の成形方法と異なり、全
体の強度が均一なセラミック繊維からなる筒状成形体を
得ることができる成形方法を提供することができる。

このような方法及び本発明に係る装置を使用して、筒
状成形体を得る成形例について比較例と合わせて説明す
る。

ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック
コーポリマーを0.3重量％付着させたシリカ・アルミナ
系セラミックファイバー（商品名イビウール）を衝撃型
粉砕機の一種であるカッターミルにて10mm以上の繊維長
のチップ状にしたものを準備した。得られたセラミック
ファイバーとヘラクライト・ポリエチレンオキサイドを
表に示す重量％で配合し、ブレード型混練機の一種 円環圧縮強度 α＝Ｐ（Ｄ−ｄ）/ld2 α；円環圧縮強度 P;破壊時の最大荷重 D;円環の外径 d;円環の肉厚 l;円環の長さ であるミキサーにて10分間混練した。得られた混練物中
の解繊されたセラミックファイバーの繊維長は平均4.8m
mであった。また、粒状物は長軸4.5mm短軸2mmの楕円形
であった。次いでこの混練物を外径70mm、内径60mm、長
さ300mmの円筒状成形体を成形し、電気式熱風乾燥機に
て110℃６時間乾燥した。

得られた円筒状成形体の円環圧縮強度を以下に示す方
法で測定した。円筒状成形体を長さ方向に30等分し、長
さ10mmの円環状の試験片を製造し、オートグラフ（島津
製作所製DSS−500）にて円環圧縮強度を測定した。この
測定は、クロスヘッドスピードを5mm/minで行った。

このようにして得られた測定値の平均値を表に示し
た。

成形例１ 第１図に示した押し出し成形機に内径70mmの口金と外
径60mmの略流線形状の内玉型を配置し押し出しスピード
0.6m/minで成形して得られた円筒状成形体の物性を表に
示した。

成形例２ 第４図に示した押し出し成形機に内径70mmの口金と外
径60mmの略流線形状の内玉型を設置し押し出しスピード
0.6m/minで成形して得られた円筒状成形体の物性を表に
示した。なお、略流線形状の内玉型の形状を十分に把握
しその形状を決定した。即ち第５図に示すが如く、全長
105mm、径60mm、逃げ部（22）18mm、胴部（23）曲率半
径163mm、先端部（24）曲率半径8mmなる形状を得た。

比較例１ 第７図に示した間挿板（11）を用いて外径60mmの略流
線形状の内玉型を配設し、内径70mmの口金を配設した押
し出し成形機で、押し出しスピード0.6m/minで成形して
得られた円筒状成形体の物性を表に示した。

（発明の効果） 以上述べた如く本発明の押し出し成形装置は、従来装
置のように、略流線形状の内玉型を固定する内玉吊りを
除去することができたので、セラミック繊維からなる筒
状成形体を欠陥の発生なく成形することが可能になっ
た。

すなわち、本発明に係る押し出し成形装置によれば、
高炉、平炉、転炉の溶銑及び溶鋼中の温度の測定、更に
は溶存酸素量及びカーボン量等の測定、並びにサンプリ
ングを目的とする消耗型浸漬プローブの耐熱保護管に使
用するセラミック繊維からなる筒状成形体に悪影響を及
ぼす界面が残存しないセラミック繊維からなる筒状成形
体を製造することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第一実施例を示すもので、
第１図はその縦断面図、第２図はスクリュー軸と内玉型
との関係を示す部分分解正面図である。 また、第３図は本発明の第二実施例を示す縦断面図であ
る。 さらに、第４図及び第５図は本発明の他の実施例を示す
もので、第４図はその縦断面図、第５図はスクリュー軸
と内玉型との関係を示す部分分解正面図である。 第６図及び第７図は従来の押し出し成形装置を示すもの
で、第６図はその側面図、第７図はこの第６図に示した
装置において使用される間挿板の正面図であり、第６図
のII−II線に沿える断面図である。 符号の説明 １……運転装置、２……ホッパー、３……パックスクリ
ュー、４……パックシリンダー、５……真空室、６……
オーガシリンダー、７……オーガスクリュー、８……バ
レル、９……口金、10……略流線形状の内玉型、11……
間挿板、12……内玉吊り、13……内玉型固着台、14……
オーガスクリュー、15……略流線形状の内玉型、15a…
…案内部、16……オーガスクリュー凹部分、17……略流
線形状の内玉型凸部分、18……略流線形状の内玉型、19
……固定軸、20……略流線形状の内玉型凹部分、21……
固定軸凸部分、22……逃げ部、23……胴部、24……先端
部、30……内玉型、30a……案内部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック繊維を主成分とする混練状物
   を、オーガシリンダ内のオーガスクリュー軸により筒状
   に押し出し成形する筒状成形体の成形装置において、 前記オーガスクリュー軸の後流側に、このオーガスクリ
   ュー軸の後端の径と同等もしくは小さい径の案内部を介
   して内玉型が設けられてなることを特徴とするセラミッ
   ク繊維からなる筒状成形体の押し出し成形装置。