JP2998072B2 - 針状結晶鉱物が同一方向に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体並にその製造方法及び製造装置 - Google Patents
針状結晶鉱物が同一方向に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体並にその製造方法及び製造装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陶磁器質焼結体の
最大の欠点である「脆さ」を改良し、弾性をもった大形
の建築用セラミックタイルを製造する技術に関するもの
である。更に、これらの技術分野における従来の技術
を、大幅に進歩させた弾性セラミックタイルに関する。
最大の欠点である「脆さ」を改良し、弾性をもった大形
の建築用セラミックタイルを製造する技術に関するもの
である。更に、これらの技術分野における従来の技術
を、大幅に進歩させた弾性セラミックタイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に関する従来技術は、本発明者に
よって発明された特許第１３６６４４３号、特許第１５
７６８３４号、特許第１５８４９７０号、及び前記国内
出願を外国に出願して得られた米国特許４，４９５，１
１８、西独特許３，３１３，５９６、英国特許２，３１
７，５５２、オーストラリア特許５４１，７３５があ
り、既にこれらの技術によって広く工業生産されている
ものである。前記従来技術の主なものについて要約説明
すると次の通りである。
よって発明された特許第１３６６４４３号、特許第１５
７６８３４号、特許第１５８４９７０号、及び前記国内
出願を外国に出願して得られた米国特許４，４９５，１
１８、西独特許３，３１３，５９６、英国特許２，３１
７，５５２、オーストラリア特許５４１，７３５があ
り、既にこれらの技術によって広く工業生産されている
ものである。前記従来技術の主なものについて要約説明
すると次の通りである。
【０００３】１）第１の従来技術 特許第１３６６４４３号（特願昭５４−１２９４７６，
特公昭６１−３０８８７）の内容は、練土状可塑性陶磁
器原料組成物を板状に口金から抜出し成形するに当た
り、ローラー中央部に向かって相互に相反する方向に送
りを有するらせん状の表面溝をもつ１対又は複数対のロ
ーラーの間に挟んで組成物を圧延する工程をもった板状
陶磁器成形体の成形方法である。即ち、練土状可塑性陶
磁器の原料組成物から板状陶磁器成形体を成形する際に
大きい欠点と障害となる口金からの抜出流動抵抗に起因
する内部密度差の分布や粒子の配向性による一定の方向
性を全体として均質な内部組織をもつ成形体の成形の方
法の技術である。 ２）第２の従来技術 特許第１５７６８３４号（特願昭５６−１７４５２８，
特公平１−６０４０３）の内容は、成形機から抜出され
た断面が曲線を有する筒状の生地を開いて板状生地と
し、該板状生地を前記成形機からの抜出し方向と同一方
向に圧延したのち乾燥し、前記抜出し方向が搬送方向と
なるようにローラーハースキルンで焼成することを特徴
とする陶磁器板の製造方法である。即ち、陶磁器板の製
造方法に係り、特に面積が広く薄型の陶磁器板を効率よ
く製造する方法の技術である。 ３）第３の従来技術 特許第１５８４９７０号（特願昭５９−３９３７４，特
公平１−５９２３１）の内容は、（１）βＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ2及び天然の雲母族鉱物を含み板状もしくは葉片状の
素片もしくは結晶を合計で６０［重量％］以上含有し、
うち、少なくとも３０［重量％］がβＣａＯ・ＳｉＯ2
であり、かつ、モース硬度５以下に焼結されていること
を特徴とする切削加工性の優れたセラミックス焼結体
（以下βＣａＯ・ＳｉＯ2を要素１と称し、雲母族鉱物
を含み板状もしくは葉片状の素片もしくは結晶を要素２
と称する。）である。更に、（２）前記要素１を含有し
モース硬度５以下の原料類及び要素２を含有しモース硬
度５以下の原料類のうち１種以上を焼結体ベースで前記
要素１と要素２の合計が６０［重量％］以上となり、う
ち、少なくとも３０［重量％］がβ−ＣａＯ・ＳｉＯ2
となるように配合し、前記の板状もしくは葉片状の素片
もしくは結晶の原形を略略留める程度に破砕混合調整
し、成形した後、前記の原形を略略保有する程度に１２
００［℃］以下においてモース硬度５以下に焼結するこ
とを特徴とする切削加工性の優れたセラミック焼結体の
製造方法である。即ち、従来通常のセラミックス焼結体
とは全く異なる切削加工性の優れたセラミックス焼結
体、及びその製造方法の技術である。
特公昭６１−３０８８７）の内容は、練土状可塑性陶磁
器原料組成物を板状に口金から抜出し成形するに当た
り、ローラー中央部に向かって相互に相反する方向に送
りを有するらせん状の表面溝をもつ１対又は複数対のロ
ーラーの間に挟んで組成物を圧延する工程をもった板状
陶磁器成形体の成形方法である。即ち、練土状可塑性陶
磁器の原料組成物から板状陶磁器成形体を成形する際に
大きい欠点と障害となる口金からの抜出流動抵抗に起因
する内部密度差の分布や粒子の配向性による一定の方向
性を全体として均質な内部組織をもつ成形体の成形の方
法の技術である。 ２）第２の従来技術 特許第１５７６８３４号（特願昭５６−１７４５２８，
特公平１−６０４０３）の内容は、成形機から抜出され
た断面が曲線を有する筒状の生地を開いて板状生地と
し、該板状生地を前記成形機からの抜出し方向と同一方
向に圧延したのち乾燥し、前記抜出し方向が搬送方向と
なるようにローラーハースキルンで焼成することを特徴
とする陶磁器板の製造方法である。即ち、陶磁器板の製
造方法に係り、特に面積が広く薄型の陶磁器板を効率よ
く製造する方法の技術である。 ３）第３の従来技術 特許第１５８４９７０号（特願昭５９−３９３７４，特
公平１−５９２３１）の内容は、（１）βＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ2及び天然の雲母族鉱物を含み板状もしくは葉片状の
素片もしくは結晶を合計で６０［重量％］以上含有し、
うち、少なくとも３０［重量％］がβＣａＯ・ＳｉＯ2
であり、かつ、モース硬度５以下に焼結されていること
を特徴とする切削加工性の優れたセラミックス焼結体
（以下βＣａＯ・ＳｉＯ2を要素１と称し、雲母族鉱物
を含み板状もしくは葉片状の素片もしくは結晶を要素２
と称する。）である。更に、（２）前記要素１を含有し
モース硬度５以下の原料類及び要素２を含有しモース硬
度５以下の原料類のうち１種以上を焼結体ベースで前記
要素１と要素２の合計が６０［重量％］以上となり、う
ち、少なくとも３０［重量％］がβ−ＣａＯ・ＳｉＯ2
となるように配合し、前記の板状もしくは葉片状の素片
もしくは結晶の原形を略略留める程度に破砕混合調整
し、成形した後、前記の原形を略略保有する程度に１２
００［℃］以下においてモース硬度５以下に焼結するこ
とを特徴とする切削加工性の優れたセラミック焼結体の
製造方法である。即ち、従来通常のセラミックス焼結体
とは全く異なる切削加工性の優れたセラミックス焼結
体、及びその製造方法の技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記各種従来技術は、
本発明の目的である大形の建築用セラミックタイルの脆
さを一層小さくし、かつ弾性を充分に有するものとする
ためには、未だ不充分である。それらを各従来技術につ
いて指摘すると次の通りである。
本発明の目的である大形の建築用セラミックタイルの脆
さを一層小さくし、かつ弾性を充分に有するものとする
ためには、未だ不充分である。それらを各従来技術につ
いて指摘すると次の通りである。
【０００５】１）第１の従来技術は、可塑性陶磁器原料
を土練機より円筒状に抜出し成形するに当り、口金の中
心にある中子が主スクリュー軸に固定された中玉支持軸
によって剛性に支持されているため、軟泥状となった原
料の内部に存在する細長片に当たりかえって配向に乱れ
を生じるという問題点がある。また、この従来技術で
は、陶磁器原料組成物に一般に存在する偏平な結晶粒子
のみを対象としているので、原料自体の選別は不充分で
あるという問題点がある。
を土練機より円筒状に抜出し成形するに当り、口金の中
心にある中子が主スクリュー軸に固定された中玉支持軸
によって剛性に支持されているため、軟泥状となった原
料の内部に存在する細長片に当たりかえって配向に乱れ
を生じるという問題点がある。また、この従来技術で
は、陶磁器原料組成物に一般に存在する偏平な結晶粒子
のみを対象としているので、原料自体の選別は不充分で
あるという問題点がある。
【０００６】２）第２の従来技術は、土練機から抜出さ
れた筒状の生地を開いて板状生地とし、同一方向に圧延
し、抜出し方向が搬送方向となるようにして焼成する方
法であるが、剛性の中子軸によって配向の乱を生ずる傾
向があるので充分ではない。また、原料そのものの選別
は、特に行なっていないので、大形薄肉のセラミック焼
結体の製造方法としては、未だ不充分という問題点があ
る。
れた筒状の生地を開いて板状生地とし、同一方向に圧延
し、抜出し方向が搬送方向となるようにして焼成する方
法であるが、剛性の中子軸によって配向の乱を生ずる傾
向があるので充分ではない。また、原料そのものの選別
は、特に行なっていないので、大形薄肉のセラミック焼
結体の製造方法としては、未だ不充分という問題点があ
る。
【０００７】３）第３の従来技術は、目的として切削加
工性の優れたセラミックス焼結体とその製法であって、
この方法では、必ずしも寸法変形の極小である大形平板
状セラミック焼結体の製造はできない。また、この従来
技術は、練土工程における練土原料中の細長物の配向に
ついては、特に手段を講じていないので、前記大形平板
状焼結体の製造としては充分ではないという問題点があ
る。
工性の優れたセラミックス焼結体とその製法であって、
この方法では、必ずしも寸法変形の極小である大形平板
状セラミック焼結体の製造はできない。また、この従来
技術は、練土工程における練土原料中の細長物の配向に
ついては、特に手段を講じていないので、前記大形平板
状焼結体の製造としては充分ではないという問題点があ
る。
【０００８】更に具体的に説明する。特許第１５８４９
７０号において、本発明の主要素であるβ−ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ2、即ち、針状結晶鉱物である珪灰石は、ほぼ同一
のものであるが、この発明の目的は、切削加工性の優れ
たセラミック焼結体の製造を目的とし、珪灰石特有のモ
ース硬度を特徴として利用し、かつ、一般陶磁器質のよ
うにガラス相が生成されなくても充分に高い強度が得ら
れるという特徴のものもあり、特に珪灰石の整列配向に
ついては、考慮されていない発明である。更に、特許第
１５７６８３４号は、現在、工業生産に採用され、薄く
て大形サイズのセラミックタイルを製造する技術に採用
されているもので、真空土練機から円曲線状に抜出さ
れ、圧延ローラを用いて抜出し方向に圧延する方法であ
り、海外特許も、これらの製造方法の基本をなしている
ものであるが、この発明においては、通常一般の陶磁器
原料であるリボン状の結晶鉱物であるカオリナイトの配
向についての特徴が目的のものであり、焼結体としての
強度向上効果は少なく、不良率の減少効果を目的とした
ものである。前述したように、本発明の目的は、針状結
晶鉱物である珪灰石の結晶が同一方向に均一に配向整列
された組織をもつ焼結体であり、強度と弾性の面に特徴
ある製品を製造するものである。前述特許第１５７６８
３４号のように、カオリナイトの結晶配向は、生地から
乾燥及び７００［℃］くらいまでの素焼きの段階では、
リボン状の結晶体として配向による効果が発現するが、
８００［℃］を越えると脱水されて無定形の状態となる
ものであるが、珪灰石中の針状のβＣａＯＳｉＯ2の形
は、１２００［℃］付近まで保たれた焼結体の補強組織
として役立つものである。また、数多くの実験によって
カオリナイトのような軟らかいリボン状の結晶と異な
り、強い針状の原料である珪灰石は、可塑性の坏土組成
物として押して流動させると容易に配向するものであっ
たが、不均質な配向になっていると強い形状記憶性を発
揮して変形が起り易いものであった。ここで従来の装置
の要点について説明する。図３は、従来の真空土練機の
排出側半部の説明図である。外胴１中に設けられた主ス
クリュー軸５のスクリュー６により坏土７が左方向に押
出される。前記外胴１に剛性固定された中玉支持枠８の
間を通って、前記中玉支持枠８に更に剛性固定された中
玉軸３に剛性固定された中玉２の周囲と前記外胴１の間
を通り、坏土７が口金１４から押出される。中玉軸３及
び中玉２は剛性固定であるため、坏土７中の針状結晶９
は、これらに当たって配向の乱れを生じていた。
７０号において、本発明の主要素であるβ−ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ2、即ち、針状結晶鉱物である珪灰石は、ほぼ同一
のものであるが、この発明の目的は、切削加工性の優れ
たセラミック焼結体の製造を目的とし、珪灰石特有のモ
ース硬度を特徴として利用し、かつ、一般陶磁器質のよ
うにガラス相が生成されなくても充分に高い強度が得ら
れるという特徴のものもあり、特に珪灰石の整列配向に
ついては、考慮されていない発明である。更に、特許第
１５７６８３４号は、現在、工業生産に採用され、薄く
て大形サイズのセラミックタイルを製造する技術に採用
されているもので、真空土練機から円曲線状に抜出さ
れ、圧延ローラを用いて抜出し方向に圧延する方法であ
り、海外特許も、これらの製造方法の基本をなしている
ものであるが、この発明においては、通常一般の陶磁器
原料であるリボン状の結晶鉱物であるカオリナイトの配
向についての特徴が目的のものであり、焼結体としての
強度向上効果は少なく、不良率の減少効果を目的とした
ものである。前述したように、本発明の目的は、針状結
晶鉱物である珪灰石の結晶が同一方向に均一に配向整列
された組織をもつ焼結体であり、強度と弾性の面に特徴
ある製品を製造するものである。前述特許第１５７６８
３４号のように、カオリナイトの結晶配向は、生地から
乾燥及び７００［℃］くらいまでの素焼きの段階では、
リボン状の結晶体として配向による効果が発現するが、
８００［℃］を越えると脱水されて無定形の状態となる
ものであるが、珪灰石中の針状のβＣａＯＳｉＯ2の形
は、１２００［℃］付近まで保たれた焼結体の補強組織
として役立つものである。また、数多くの実験によって
カオリナイトのような軟らかいリボン状の結晶と異な
り、強い針状の原料である珪灰石は、可塑性の坏土組成
物として押して流動させると容易に配向するものであっ
たが、不均質な配向になっていると強い形状記憶性を発
揮して変形が起り易いものであった。ここで従来の装置
の要点について説明する。図３は、従来の真空土練機の
排出側半部の説明図である。外胴１中に設けられた主ス
クリュー軸５のスクリュー６により坏土７が左方向に押
出される。前記外胴１に剛性固定された中玉支持枠８の
間を通って、前記中玉支持枠８に更に剛性固定された中
玉軸３に剛性固定された中玉２の周囲と前記外胴１の間
を通り、坏土７が口金１４から押出される。中玉軸３及
び中玉２は剛性固定であるため、坏土７中の針状結晶９
は、これらに当たって配向の乱れを生じていた。
【０００９】そこで、本発明は、前記各従来技術の問題
点，諸欠点を除去し、更に新規な手段を開発し、加えて
技術を進歩させることにより、これらの発明について、
更に強い強度等の性能向上効果を期待して針状結晶鉱物
である珪灰石を配向整列させた組織をもつ大形平板状の
焼結体を目的としたものである。従って、本発明の目的
を達成するためのキーポイントは、いかに潜在歪の少な
い均一な配向整列を製造工場のそれぞれの条件下で達成
するかという点を解決しなければならない。換言すれ
ば、従来製造不可能であった超大形薄肉板状セラミック
焼結体を始めて創出し、その製造方法とその装置をも併
せて提供することを目的とする。
点，諸欠点を除去し、更に新規な手段を開発し、加えて
技術を進歩させることにより、これらの発明について、
更に強い強度等の性能向上効果を期待して針状結晶鉱物
である珪灰石を配向整列させた組織をもつ大形平板状の
焼結体を目的としたものである。従って、本発明の目的
を達成するためのキーポイントは、いかに潜在歪の少な
い均一な配向整列を製造工場のそれぞれの条件下で達成
するかという点を解決しなければならない。換言すれ
ば、従来製造不可能であった超大形薄肉板状セラミック
焼結体を始めて創出し、その製造方法とその装置をも併
せて提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的課題
を解決するため以下の手段を独創開発した。
を解決するため以下の手段を独創開発した。
【００１１】第１に、本発明の針状結晶鉱物が同一方向
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の特徴
は、針状結晶鉱物であるβ−ＣａＯ・ＳｉＯ2を無水換
算で３０〜７０［重量％］と、粘土及び滑石を含む一般
陶磁器質物を無水換算で７０〜３０［重量％］とが均質
に含有され、前記針状結晶鉱物が同一方向に均一に配向
整列され必要な形状に成形され、１０００〜１２５０
［℃］の温度範囲で焼結されていることである。
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の特徴
は、針状結晶鉱物であるβ−ＣａＯ・ＳｉＯ2を無水換
算で３０〜７０［重量％］と、粘土及び滑石を含む一般
陶磁器質物を無水換算で７０〜３０［重量％］とが均質
に含有され、前記針状結晶鉱物が同一方向に均一に配向
整列され必要な形状に成形され、１０００〜１２５０
［℃］の温度範囲で焼結されていることである。
【００１２】第２に、本発明の針状結晶鉱物が同一方向
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の特徴は、β−ＣａＯ・ＳｉＯ2の針状結晶鉱物を含
有する原料であって、該針状結晶の長さが１［ｍｍ］以
上で、アスペクト比が２０以上の珪灰石を無水換算で３
０〜７０［重量％］と、可塑性の粘土質原料を無水換算
で６０〜３０［重量％］と、配向性改良材の疎水性潤滑
材としての滑石を１０〜２０［重量％］と、必要な場合
には、長石、陶石、シャモットのうちより選ばれた１以
上の一般陶磁器用原料を０〜３０［重量％］とを合計が
１００［％］となるように調整して添加し、加水して、
含水率を１４〜２０［重量％］とし、均質化調整し、可
塑状態とした坏土を、真空土練機装置により、円筒状に
押し出し、その後、それを切解し展開して板状とし、押
出し方向と同一方向に圧延ローラを用いて所望の厚さ大
きさの板状生地とし、次に、該板状生地を乾燥した後、
１０００〜１２５０［℃］の温度範囲で焼成することで
ある。
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の特徴は、β−ＣａＯ・ＳｉＯ2の針状結晶鉱物を含
有する原料であって、該針状結晶の長さが１［ｍｍ］以
上で、アスペクト比が２０以上の珪灰石を無水換算で３
０〜７０［重量％］と、可塑性の粘土質原料を無水換算
で６０〜３０［重量％］と、配向性改良材の疎水性潤滑
材としての滑石を１０〜２０［重量％］と、必要な場合
には、長石、陶石、シャモットのうちより選ばれた１以
上の一般陶磁器用原料を０〜３０［重量％］とを合計が
１００［％］となるように調整して添加し、加水して、
含水率を１４〜２０［重量％］とし、均質化調整し、可
塑状態とした坏土を、真空土練機装置により、円筒状に
押し出し、その後、それを切解し展開して板状とし、押
出し方向と同一方向に圧延ローラを用いて所望の厚さ大
きさの板状生地とし、次に、該板状生地を乾燥した後、
１０００〜１２５０［℃］の温度範囲で焼成することで
ある。
【００１３】第３に、本発明の針状結晶鉱物が同一方向
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の次の特徴は、前記に記載の真空土練機装置が、前記
真空土練機装置が、出口部の押出し圧力が１５〜３０
［ｋｇ／ｃｍ2］であり、該真空土練機中の外胴と中玉
から成る口金の中玉を保持する軸及び軸受けが該真空土
練機の主スクリュー軸の回転と絶縁され、かつ、中玉
は、坏土の流動抵抗によって自主に回転し変位すること
により該坏土中の前記針状結晶の配向性を向上し、更
に、円筒状成形体の厚さを自動的に調整した後、前記円
筒生地を切解し展開して平板状とし押出し方向と同一方
向に成形された生地を圧延ローラを用いて圧延するもの
である。
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の次の特徴は、前記に記載の真空土練機装置が、前記
真空土練機装置が、出口部の押出し圧力が１５〜３０
［ｋｇ／ｃｍ2］であり、該真空土練機中の外胴と中玉
から成る口金の中玉を保持する軸及び軸受けが該真空土
練機の主スクリュー軸の回転と絶縁され、かつ、中玉
は、坏土の流動抵抗によって自主に回転し変位すること
により該坏土中の前記針状結晶の配向性を向上し、更
に、円筒状成形体の厚さを自動的に調整した後、前記円
筒生地を切解し展開して平板状とし押出し方向と同一方
向に成形された生地を圧延ローラを用いて圧延するもの
である。
【００１４】第４に、本発明の針状結晶鉱物が同一方向
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の更にもう一つの特徴は、前記に記載されている成形
された生地を圧延ローラを用いて圧延する方法が最初に
圧延するローラには、真空土練機主スクリューの旋回に
よって生じた曲線状の配向組織を復元する為、逆方向の
ねじりを与えながら圧延するらせん状の溝をもつ一対の
ローラによって圧延された後、以後数段の圧延工程を経
て所望の厚さ大きさの板状生地に圧延するものである。
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の更にもう一つの特徴は、前記に記載されている成形
された生地を圧延ローラを用いて圧延する方法が最初に
圧延するローラには、真空土練機主スクリューの旋回に
よって生じた曲線状の配向組織を復元する為、逆方向の
ねじりを与えながら圧延するらせん状の溝をもつ一対の
ローラによって圧延された後、以後数段の圧延工程を経
て所望の厚さ大きさの板状生地に圧延するものである。
【００１５】第５に、本発明の針状結晶鉱物が同一方向
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の特徴は、近似円筒形の外胴に収納され坏土を圧送す
る主スクリューと、該主スクリューの軸を回転させる電
動機と、該坏土を前記主スクリュー内に送入するため、
前記近似円筒形の外胴の上部端に設けられたホッパと、
前記近似円筒形の外胴内に設けられた真空室と、中玉支
持軸と中玉と、該真空室で空気が排除された坏土を押し
出す口金とを有する真空土練機において、前記主スクリ
ュー軸と中玉支持軸の接合部に、坏土の洩入が防止され
る中玉軸受ケースを設け、該中玉軸受ケースの内部に、
剛性が絶縁されるスラストベヤリング入りの中玉軸受を
設け、中玉軸と中玉が坏土の流れに従って柔軟に動作
し、坏土中に含有される針状結晶が同一方向に抵抗なく
配向させる機能を有する装置である。
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方
法の特徴は、近似円筒形の外胴に収納され坏土を圧送す
る主スクリューと、該主スクリューの軸を回転させる電
動機と、該坏土を前記主スクリュー内に送入するため、
前記近似円筒形の外胴の上部端に設けられたホッパと、
前記近似円筒形の外胴内に設けられた真空室と、中玉支
持軸と中玉と、該真空室で空気が排除された坏土を押し
出す口金とを有する真空土練機において、前記主スクリ
ュー軸と中玉支持軸の接合部に、坏土の洩入が防止され
る中玉軸受ケースを設け、該中玉軸受ケースの内部に、
剛性が絶縁されるスラストベヤリング入りの中玉軸受を
設け、中玉軸と中玉が坏土の流れに従って柔軟に動作
し、坏土中に含有される針状結晶が同一方向に抵抗なく
配向させる機能を有する装置である。
【００１６】次に、上記の本発明の各特徴に関連して、
具体的に説明する。従来一般の陶磁タイル或いは煉瓦類
を、真空土練機を用いて湿式押出し成形する際の基本的
な問題点は、古くから文献によって学問的にも解析され
ている。又これらの対策に対する特許も数多く知られて
いるが、旋回されるスクリューによって坏土が圧送さ
れ、所定口金を通じて成形されるというプロセスにおい
て、粘土のような軟らかいカオリナイトのような結晶物
でさえ配向される際の加圧力による潜在歪が残り、形状
記憶性として乾燥或いは焼成時に復元されて不良率を高
くするものである。又、成形口金の形状が四角形である
場合は、口金内壁部と中心部との摩擦抵抗の差によって
押し出される速度に差が生じ、特に金型内壁部には、渦
流が起こって著しく乱れた配向組織となることは、文献
によって常識的に知られているものである。前述の特許
第１５７６８３４号は、これらの点を改良し、円筒状の
口金にすることにより改良されたものであるが、なお、
数年間の製造経験を経て円筒生地においても肉厚の差が
生じると、潜在歪として残存し、不良率が高くなること
を経験し、本発明においては、（請求項３）に示すよう
に成形口金及び周辺の設備の改良研究を行なって発明し
たものである。しかしながら、これらは、口金の改良の
みでは、旋回スクリューによって生じたらせん状の配向
が、潜在歪となって乾燥、焼成後、復元するものであっ
たため、（請求項４）に示すように、ローラ圧延の際、
第一次の圧延ローラに土練機の旋回によって生じた「ら
せん状の配向」をねじりもどしするような溝を設けて復
元させる均一な正しい配向をもった生地を得る更にその
上の方法を発明した。（請求項１）に示す組成物原料の
含有率の限界を前記のように限定したのは、珪灰石が３
０［％］以下の場合は、充分な配向、補強効果が得られ
ず、又、７０［％］を越えると、押出し或いは圧延成形
の条件となる可塑性坏土の物性を満足することが困難で
あったためである。また、粘土質原料の含有率は、可塑
性坏土の条件の範囲において、良質で可塑性の高い粘土
の場合は、少なくても良いが、３０［％］以下において
は、条件を満足する原料は得られないし、６０［％］を
越えると、乾燥に長時間を要し、生産性を低下させるか
らである。滑石は、１０［％］〜２０［％］の範囲が必
要であるからである。可塑性坏土が、土練機によって加
圧流動され、針状結晶を配向されやすいようにするに
は、潤滑剤の役割をもつ原料が必要であり、グラファイ
ト、マイカ等の疎水性の原料についても研究したが、針
状結晶物に対して容積比率で、約３０［％］占めないと
充分な効果が得られないものであったからである。ま
た、必要により加えられた長石，陶石，シャモット類は
製品の生産的な要求に対応する際に選択し、或いは置換
して組成物を調整するためのものである。更に、これ等
の目的を達成するための諸条件において、真空土練機の
押出し圧力を１５〜３０［ｋｇ／ｃｍ2］としたのは、
圧力が３０［ｋｇ／ｃｍ2］を越えると潜在歪の復元が
十分でないからである。また、１５［ｋｇ／ｃｍ2］以
下では成形体の圧延時に起こる剪断応力に耐えられない
からである。
具体的に説明する。従来一般の陶磁タイル或いは煉瓦類
を、真空土練機を用いて湿式押出し成形する際の基本的
な問題点は、古くから文献によって学問的にも解析され
ている。又これらの対策に対する特許も数多く知られて
いるが、旋回されるスクリューによって坏土が圧送さ
れ、所定口金を通じて成形されるというプロセスにおい
て、粘土のような軟らかいカオリナイトのような結晶物
でさえ配向される際の加圧力による潜在歪が残り、形状
記憶性として乾燥或いは焼成時に復元されて不良率を高
くするものである。又、成形口金の形状が四角形である
場合は、口金内壁部と中心部との摩擦抵抗の差によって
押し出される速度に差が生じ、特に金型内壁部には、渦
流が起こって著しく乱れた配向組織となることは、文献
によって常識的に知られているものである。前述の特許
第１５７６８３４号は、これらの点を改良し、円筒状の
口金にすることにより改良されたものであるが、なお、
数年間の製造経験を経て円筒生地においても肉厚の差が
生じると、潜在歪として残存し、不良率が高くなること
を経験し、本発明においては、（請求項３）に示すよう
に成形口金及び周辺の設備の改良研究を行なって発明し
たものである。しかしながら、これらは、口金の改良の
みでは、旋回スクリューによって生じたらせん状の配向
が、潜在歪となって乾燥、焼成後、復元するものであっ
たため、（請求項４）に示すように、ローラ圧延の際、
第一次の圧延ローラに土練機の旋回によって生じた「ら
せん状の配向」をねじりもどしするような溝を設けて復
元させる均一な正しい配向をもった生地を得る更にその
上の方法を発明した。（請求項１）に示す組成物原料の
含有率の限界を前記のように限定したのは、珪灰石が３
０［％］以下の場合は、充分な配向、補強効果が得られ
ず、又、７０［％］を越えると、押出し或いは圧延成形
の条件となる可塑性坏土の物性を満足することが困難で
あったためである。また、粘土質原料の含有率は、可塑
性坏土の条件の範囲において、良質で可塑性の高い粘土
の場合は、少なくても良いが、３０［％］以下において
は、条件を満足する原料は得られないし、６０［％］を
越えると、乾燥に長時間を要し、生産性を低下させるか
らである。滑石は、１０［％］〜２０［％］の範囲が必
要であるからである。可塑性坏土が、土練機によって加
圧流動され、針状結晶を配向されやすいようにするに
は、潤滑剤の役割をもつ原料が必要であり、グラファイ
ト、マイカ等の疎水性の原料についても研究したが、針
状結晶物に対して容積比率で、約３０［％］占めないと
充分な効果が得られないものであったからである。ま
た、必要により加えられた長石，陶石，シャモット類は
製品の生産的な要求に対応する際に選択し、或いは置換
して組成物を調整するためのものである。更に、これ等
の目的を達成するための諸条件において、真空土練機の
押出し圧力を１５〜３０［ｋｇ／ｃｍ2］としたのは、
圧力が３０［ｋｇ／ｃｍ2］を越えると潜在歪の復元が
十分でないからである。また、１５［ｋｇ／ｃｍ2］以
下では成形体の圧延時に起こる剪断応力に耐えられない
からである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳述する。まず、図１において、外胴１は真
空土練機（図略）の先端に配置されるものでその口金１
４の部位には中玉２が配置される。なお、中玉２の外周
と外胴１の口金１４の内周との間にはギャップが設定さ
れる。中玉２はすべり抵抗を小さくするためプラスチッ
ク材料からなり、図示のようにコーン状に形成される。
中玉２を支持する中玉軸３は中玉軸受ケース４内の設け
られたボールベアリング４ａによりその基端側を枢支さ
れると共にスラストベアリング４ｂによりスラスト支持
される。なお中玉軸受ケース４のシールカバー４ｃが嵌
着され坏土の侵入を防止し、ボールベアリング４ａおよ
びスラストベアリング４ｂを保護している。また、中玉
軸３は直径８〜１５［ｍｍ］のバネ鋼からなり、容易に
弾性変形が可能である。一方、中玉軸受ケース４にはス
クリュー６を設けたスクリュー軸５が連結される。
を参照して詳述する。まず、図１において、外胴１は真
空土練機（図略）の先端に配置されるものでその口金１
４の部位には中玉２が配置される。なお、中玉２の外周
と外胴１の口金１４の内周との間にはギャップが設定さ
れる。中玉２はすべり抵抗を小さくするためプラスチッ
ク材料からなり、図示のようにコーン状に形成される。
中玉２を支持する中玉軸３は中玉軸受ケース４内の設け
られたボールベアリング４ａによりその基端側を枢支さ
れると共にスラストベアリング４ｂによりスラスト支持
される。なお中玉軸受ケース４のシールカバー４ｃが嵌
着され坏土の侵入を防止し、ボールベアリング４ａおよ
びスラストベアリング４ｂを保護している。また、中玉
軸３は直径８〜１５［ｍｍ］のバネ鋼からなり、容易に
弾性変形が可能である。一方、中玉軸受ケース４にはス
クリュー６を設けたスクリュー軸５が連結される。
【００１８】以上の構造により、スクリュー軸５の回転
によりスクリュー６によって押し出された可塑性の坏土
は外胴１内を旋回しながら送られ、中玉軸受ケース４の
部分で一部は渦流状態となり、配向が散乱され、その
後、口金１４の部分で再び配向されるが、基本的には全
体として螺旋状の配向組織で口金１４の部分から押し出
される。なお、口金１４の部分で生地肉厚に差が生じる
と、狭い部分は速度が早くなり、広い部分では速度が遅
くなり、数秒間で自動的に流れが調整される。この調整
は中玉軸３の弾性変形によって行なわれる。
によりスクリュー６によって押し出された可塑性の坏土
は外胴１内を旋回しながら送られ、中玉軸受ケース４の
部分で一部は渦流状態となり、配向が散乱され、その
後、口金１４の部分で再び配向されるが、基本的には全
体として螺旋状の配向組織で口金１４の部分から押し出
される。なお、口金１４の部分で生地肉厚に差が生じる
と、狭い部分は速度が早くなり、広い部分では速度が遅
くなり、数秒間で自動的に流れが調整される。この調整
は中玉軸３の弾性変形によって行なわれる。
【００１９】図２において圧延前生地１０は図１に示し
た真空土練機により押し出され坏土を切開し展開した平
板状のものであり、スクリュー６により圧延前生地には
針状のゆるやかな螺旋状の針状結晶９が形成される。こ
の圧延前生地１０は前記螺旋と反対方向の溝を有する圧
延ローラ対１２により圧延される。圧延ローラ１２の溝
１１は深さ約２［ｍｍ］で幅が４〜５［ｍｍ］のものを
２０〜３０［ｍｍ］のピッチで配列したものからなる。
圧延ローラ対１２によって圧延された平板１０は圧延ロ
ーラ対１２の溝１１により針状結晶９が矯正されてねじ
り戻しされ、ほぼ真直に整列された配向を有する圧延生
地１３となる。なお、図２では圧延ローラ対１２を一段
のものとしたが、二段，三段のねじり戻し溝を有する溝
付ローラにより圧延をおこなっても勿論よい。
た真空土練機により押し出され坏土を切開し展開した平
板状のものであり、スクリュー６により圧延前生地には
針状のゆるやかな螺旋状の針状結晶９が形成される。こ
の圧延前生地１０は前記螺旋と反対方向の溝を有する圧
延ローラ対１２により圧延される。圧延ローラ１２の溝
１１は深さ約２［ｍｍ］で幅が４〜５［ｍｍ］のものを
２０〜３０［ｍｍ］のピッチで配列したものからなる。
圧延ローラ対１２によって圧延された平板１０は圧延ロ
ーラ対１２の溝１１により針状結晶９が矯正されてねじ
り戻しされ、ほぼ真直に整列された配向を有する圧延生
地１３となる。なお、図２では圧延ローラ対１２を一段
のものとしたが、二段，三段のねじり戻し溝を有する溝
付ローラにより圧延をおこなっても勿論よい。
【００２０】（実施例）次に、本発明の超大形薄肉セラ
ミックス焼結板を次の諸条件により実施に製造した実施
例を説明する。 １）使用原料 珪灰石：米国ＮＹＣＯ社Ｇグレード６０〜４０（メッシュ） 中国産珪灰石 ６０〜４０（メッシュ） 粘土 ：本山木節特級品 滑石 ：中国産滑石 ２５０（メッシュ）以下 長石 ：ソーダ長石 ２５０（メッシュ）以下 ２）坏土の調整 所定の配合率に秤量された乾燥粉末をミックスマラーに
投入し、１０分間混合した後、水分外割りで２０［％］
を加えて更に１０分間混練して可塑性坏土とした。 ３）円筒生産 直径２５０［ｍｍ］（外）肉厚２５［ｍｍ］のものを切
開し展開して幅７２０〜７３０［ｍｍ］、厚さ２５［ｍ
ｍ］、長さ３００［ｍｍ］の圧延前の生産板とし、前記
の圧延ローラ対１２で一次圧延し、更に平面ローラで三
段圧延して厚さ５［ｍｍ］，幅７００［ｍｍ］、長さ約
１５００［ｍｍ］の生地平板とした。 ４）乾燥および素焼 乾燥は遠赤外線照射で５分間処理した後、メッシュベル
トドライヤで３５０［℃］まで５０分間で乾燥し、引続
いて１１５０［℃］の温度までローラハウスキルンで焼
成した。以上による生地平板の配合率，吸水率，強度等
の特性を表１に示す。
ミックス焼結板を次の諸条件により実施に製造した実施
例を説明する。 １）使用原料 珪灰石：米国ＮＹＣＯ社Ｇグレード６０〜４０（メッシュ） 中国産珪灰石 ６０〜４０（メッシュ） 粘土 ：本山木節特級品 滑石 ：中国産滑石 ２５０（メッシュ）以下 長石 ：ソーダ長石 ２５０（メッシュ）以下 ２）坏土の調整 所定の配合率に秤量された乾燥粉末をミックスマラーに
投入し、１０分間混合した後、水分外割りで２０［％］
を加えて更に１０分間混練して可塑性坏土とした。 ３）円筒生産 直径２５０［ｍｍ］（外）肉厚２５［ｍｍ］のものを切
開し展開して幅７２０〜７３０［ｍｍ］、厚さ２５［ｍ
ｍ］、長さ３００［ｍｍ］の圧延前の生産板とし、前記
の圧延ローラ対１２で一次圧延し、更に平面ローラで三
段圧延して厚さ５［ｍｍ］，幅７００［ｍｍ］、長さ約
１５００［ｍｍ］の生地平板とした。 ４）乾燥および素焼 乾燥は遠赤外線照射で５分間処理した後、メッシュベル
トドライヤで３５０［℃］まで５０分間で乾燥し、引続
いて１１５０［℃］の温度までローラハウスキルンで焼
成した。以上による生地平板の配合率，吸水率，強度等
の特性を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】以上の結果に見られるように、針状結晶鉱
物である珪灰石の強度および弾性特性に与える効果は極
めて大きく、Ｎｏ２に示す従来の一般陶磁器組成物は吸
水率が本発明品の約１／２の極めて焼結性の良い従来品
と比較しても曲げ強度は本発明品のＮｏ１は従来品Ｎｏ
２よりも１．７〜１．８倍も大きく、特に本発明品の弾
性係数は小となり、従来の２倍以上のフレキシビリティ
をもつことがわかった。また、Ｎｏ１の本発明品は配向
の不均一による変形等もなく、従来では類のない薄くて
大形のセラミックタイルを得ることができた。なお、こ
れ等の実施例に引続いて最大幅１２００［ｍｍ］，長さ
３０００［ｍｍ］，厚さ４［ｍｍ］の超大形板の生産を
行なっている。
物である珪灰石の強度および弾性特性に与える効果は極
めて大きく、Ｎｏ２に示す従来の一般陶磁器組成物は吸
水率が本発明品の約１／２の極めて焼結性の良い従来品
と比較しても曲げ強度は本発明品のＮｏ１は従来品Ｎｏ
２よりも１．７〜１．８倍も大きく、特に本発明品の弾
性係数は小となり、従来の２倍以上のフレキシビリティ
をもつことがわかった。また、Ｎｏ１の本発明品は配向
の不均一による変形等もなく、従来では類のない薄くて
大形のセラミックタイルを得ることができた。なお、こ
れ等の実施例に引続いて最大幅１２００［ｍｍ］，長さ
３０００［ｍｍ］，厚さ４［ｍｍ］の超大形板の生産を
行なっている。
【００２３】
【発明の効果】以上に詳述したところにより、本発明の
効果は次のように飛躍的に顕著で、かつ莫大のものであ
る。 （１）建築用資材として世界的に広く使用されているセ
ラミックタイルの分野において、施工工法の近代化，カ
ーテンウォール等の大形パネル化による合理化、或いは
団地建築物の汚染や「カビ」などの問題も生活環境の変
化によって対策が求められているため、夫々のメーカは
サイズの大形化と軽量化を目的とした研究が盛んに行な
われている。しかし、軽量化のために薄くし、サイズを
大きくすると「ヤキ物」の最大の欠点である「脆さ」が
生ずる。本発明品はこれ等の問題点において従来の「や
き物」の常識をはるかに越える高い弾性をもち（石綿板
と同等），画期的な物性を示すものである。これは、世
界のタイルメーカが未だ達し得ない幅１．２［ｍ］，長
さ３［ｍ］で厚さ４［ｍｍ］の大形セラミックタイルの
実用化を慣性したもので、まず技術的に大幅な進歩が得
られたという効果が上げられる。 （２）前記の幅１．２［ｍ］×長さ３．０［ｍ］で、脆
さの欠点をほぼ完全に除去した大形薄肉セラミック板
は、長さ３．０［ｍ］であるから、丁度高層ビルの１階
層分が、高さ方向は１枚で貼ることができるから、壁面
施工費が格段に安くなるという、大きな経済的効果も得
られる。 （３）本発明品は、従来のコンクリートパネル等とは異
なり、もともと防水性が抜群であるから、防水層を貼り
合わせる必要もなく、４［ｍｍ］という薄さと相まっ
て、重量も、従来になく最も軽いので、鉄骨ビルにして
もコンクリートビルにしても、設計上、柱，梁，基礎ま
でそれだけ軽量化が可能となるので、建造物全体の経済
的効果は莫大なものとなる。
効果は次のように飛躍的に顕著で、かつ莫大のものであ
る。 （１）建築用資材として世界的に広く使用されているセ
ラミックタイルの分野において、施工工法の近代化，カ
ーテンウォール等の大形パネル化による合理化、或いは
団地建築物の汚染や「カビ」などの問題も生活環境の変
化によって対策が求められているため、夫々のメーカは
サイズの大形化と軽量化を目的とした研究が盛んに行な
われている。しかし、軽量化のために薄くし、サイズを
大きくすると「ヤキ物」の最大の欠点である「脆さ」が
生ずる。本発明品はこれ等の問題点において従来の「や
き物」の常識をはるかに越える高い弾性をもち（石綿板
と同等），画期的な物性を示すものである。これは、世
界のタイルメーカが未だ達し得ない幅１．２［ｍ］，長
さ３［ｍ］で厚さ４［ｍｍ］の大形セラミックタイルの
実用化を慣性したもので、まず技術的に大幅な進歩が得
られたという効果が上げられる。 （２）前記の幅１．２［ｍ］×長さ３．０［ｍ］で、脆
さの欠点をほぼ完全に除去した大形薄肉セラミック板
は、長さ３．０［ｍ］であるから、丁度高層ビルの１階
層分が、高さ方向は１枚で貼ることができるから、壁面
施工費が格段に安くなるという、大きな経済的効果も得
られる。 （３）本発明品は、従来のコンクリートパネル等とは異
なり、もともと防水性が抜群であるから、防水層を貼り
合わせる必要もなく、４［ｍｍ］という薄さと相まっ
て、重量も、従来になく最も軽いので、鉄骨ビルにして
もコンクリートビルにしても、設計上、柱，梁，基礎ま
でそれだけ軽量化が可能となるので、建造物全体の経済
的効果は莫大なものとなる。
【図１】本発明の坏土中の針状結晶配向機能増大装置の
断面説明図。
断面説明図。
【図２】本発明の坏土中の針状結晶配向作用の説明図で
あり（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図。
あり（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図。
【図３】従来の技術における土練機の坏土押出装置の断
面説明図。
面説明図。
１ 真空土練機の外胴 ２ 中玉 ３ 中玉軸 ４ 中玉軸受ケース ４ａ ボールベアリング ４ｂ スラストベアリング ４ｃ シールカバ ５ スクリュー軸 ６ スクリュー ７ 坏土 ８ 中玉支持枠 ９ 針状結晶 １０ 圧延前生地 １１ 溝 １２ 圧延ローラ対 １３ 圧延生地 １４ 口金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 35/22 Ｂ２８Ｂ 11/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/16 - 35/22 B28B 3/00 - 3/26 B28B 11/00
Claims (5)
- 【請求項１】 針状結晶鉱物であるβ−ＣａＯ・ＳｉＯ
2を無水換算で３０〜７０［重量％］と、粘土及び滑石
を含む一般陶磁器質物を無水換算で７０〜３０［重量
％］とが均質に含有され、前記針状結晶鉱物が同一方向
に均一に配向整列され必要な形状に成形され、１０００
〜１２５０［℃］の温度範囲で焼結されていることを特
徴とする針状結晶鉱物が同一方向に配向整列された組織
をもつ大形平板状焼結体。 - 【請求項２】 β−ＣａＯ・ＳｉＯ2の針状結晶鉱物を
含有する原料であって、該針状結晶の長さが１［ｍｍ］
以上で、アスペクト比が２０以上の珪灰石を無水換算で
３０〜７０［重量％］と、可塑性の粘土質原料を無水換
算で６０〜３０［重量％］と、配向性改良材の疎水性潤
滑材としての滑石を１０〜２０［重量％］と、必要な場
合には、長石、陶石、シャモットのうちより選ばれた１
以上の一般陶磁器用原料を０〜３０［重量％］とを合計
が１００［％］となるように調整して添加し、加水し
て、含水率を１４〜２０［重量％］とし、均質化調整
し、可塑状態とした坏土を、真空土練機装置により、円
筒状に押し出し、その後、それを切解し展開して板状と
し、押出し方向と同一方向に圧延ローラを用いて所望の
厚さ大きさの板状生地とし、次に、該板状生地を乾燥し
た後、１０００〜１２５０［℃］の温度範囲で焼成する
ことを特徴とする針状結晶鉱物が同一方向に配向整列さ
れた組織をもつ大形平板状焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 前記真空土練機装置が、出口部の押出し
圧力が１５〜３０［ｋｇ／ｃｍ2］であり、該真空土練
機中の外胴と中玉から成る口金の中玉を保持する軸及び
軸受けが該真空土練機の主スクリュー軸の回転と絶縁さ
れ、かつ、中玉は、坏土の流動抵抗によって自在に回転
し変位することにより該坏土中の前記針状結晶の配向性
を向上し、更に、円筒状成形体の厚さを自動的に調整し
た後、前記円筒生地を切解し展開して平板状とし押出し
方向と同一方向に成形された生地を圧延ローラを用いて
圧延する請求項２に記載の針状結晶鉱物が同一方向に配
向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造方法。 - 【請求項４】 前記成形された生地を圧延ローラを用い
て圧延する方法が、最初に圧延するローラには、真空土
練機主スクリューの旋回によって生じた曲線状の配向組
織を復元する為、逆方向のねじりを与えながら圧延する
らせん状の溝をもつ一対のローラによって圧延された
後、以後数段の圧延工程を経て所望の厚さ大きさの板状
生地に圧延するものである請求項３に記載の針状結晶鉱
物が同一方向に配向整列された組織をもつ大形平板状焼
結体の製造方法。 - 【請求項５】 近似円筒形の外胴に収納され坏土を圧送
する主スクリューと、該主スクリューの軸を回転させる
電動機と、該坏土を前記主スクリュー内に送入するた
め、前記近似円筒形の外胴の上部端に設けられたホッパ
と、前記近似円筒形の外胴内に設けられた真空室と、中
玉支持軸と中玉と、該真空室で空気が排除された坏土を
押し出す口金とを有する真空土練機において、前記主ス
クリュー軸と中玉支持軸の接合部に、坏土の洩入が防止
される中玉軸受ケースを設け、該中玉軸受ケースの内部
に、剛性が絶縁されるスラストベヤリング入りの中玉軸
受を設け、中玉軸と中玉が坏土の流れに従って柔軟に動
作し、坏土中に含有される針状結晶を同一方向に抵抗な
く配向させることを特徴とする針状結晶鉱物が同一方向
に配向整列された組織をもつ大形平板状焼結体の製造装
置。
Priority Applications (4)
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