JPH08217527A - 粘土瓦の製造設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗性に優れた粉砕工程を有し、均一な高
品質の粘土瓦を製造する生産性の高い粘土瓦製造設備を
提供する。 【構成】 原料の粉砕工程に竪型ローラミルを備え、調
湿・混練工程として皿型造粒機および／または２軸混練
機を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粘土瓦の製造設備に係
り、特に成形工程に送られる原料の含有水分を適正な範
囲に調湿したうえ十分混練して均一な含有水分組成とし
て、安定な良好な品質の粘土瓦を製造することを企図し
た粘土瓦の製造設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、粘土瓦の製造方法は、図１０に示
すように、原料となる粘土を採掘後に約１ケ月程度野積
して放置し、自然乾燥して水分の均一化を図ってから、
ロールクラッシャなどの破砕機で、例えば、２５０μｍ
パス９５％程度（すなわち、最大粒子径は５００〜７０
０μｍ）に破砕する破砕工程の後、水を加えてスクリー
ンフィーダなどの混練機で混練する加水・混練工程を経
て、再び前述したと同一の粒子径となるようロールクラ
ッシャで再破砕する破砕工程を実施する。その後、２軸
のスクリュで加圧して縁端のダイス・スリットより押出
す押出機により連続した平板状の成形体を形成する成形
工程を経て、所要の瓦寸法に切断し、屋根瓦形状に湾曲
成形する切断・プレス工程を施工し、トンネル型の連続
乾燥機内を通過させて所要の含有水分になるよう乾燥工
程の後、液体状の釉薬が入った貯槽内を懸架して浸漬し
たまま移動する自動施釉機を通過したあと、焼成炉に入
れて１２００〜１３００℃の高温で焼成する焼成工程を
経て、製品としての屋根瓦が製造され、検査工程により
曲げ試験その他の検査の後、合格品は出荷される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法においては２回の破砕工程で使用されるロール
クラッシャは、図１１の平面図に見られるように、水平
で平行な２つのロール間の間隙に原料を通過せしめて原
料を該間隙以下の粒度に破砕する機構となっており、一
方、原料の粘土成分の中には硅石が混じっているために
ロールの摩耗が激しく、かつ、原料は主として中央部を
流れるためロールの中央部の摩耗が縁端の摩耗よりも大
きくなって所定の間隙が平行でなく中ぶくれとなり、原
料の破砕後の粒度が不均一となる。このため、約１週間
に１度ロールを取り替えて新製のものや摩耗補修したも
のに変更する必要があり、煩雑であり、かつ、生産性を
阻害していた。また、このような従来の製造方法や製造
設備では、原料水分を均一化するため１ケ月程度の長期
間の間自然乾燥した後、第１段の破砕工程と第２段の破
砕工程との間で所望の原料水分となるようにスクリーン
フィーダなどの混練機で加水・混練して原料水分を調湿
する方法を採っており、原料粘土の自然乾燥期間を長く
必要とし、生産性を阻害するとともに、混練機で調湿後
の原料水分が望ましい原料水分の許容範囲に必ずしも入
っておらず、成形品である粘土瓦の品質面に悪影響を与
えていた。すなわち、好ましい粘土の原料水分は経験値
によれば１８〜２０％（ＷＢ）とされ、成形工程時の原
料水分がこの値よりも多い時には、成形や切断・プレス
後の変形を招きやすくＪＩＳで指定されている公差を満
足せず不良品となり製品歩留りの低下を来たし、原料水
分がこの値よりも少ない時には、成形時に隅角部にひび
割れを生じて強度の低下した不良品となり、同様に歩留
り低下を招くという結果となっていた。本発明では、以
上の難点を解消し、かつ、原料粘土を水分の多少に関係
なく、しかも自然乾燥することなく即座に操業に使用す
るとともに、成形工程に送られる原料の原料水分を所要
の含有水分に調湿するようにして、安定した成形品品質
の維持と歩留り向上を企図したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、原料の粉砕工程と調湿・混練
工程と成形工程と施釉工程と焼成工程を備えた粘土瓦の
製造設備であって、該粉砕工程には原料を微粉砕する竪
型ローラミルを備え、該調湿・混練工程には皿型造粒機
および／または２軸混練機を備えた構成とした。また、
第２の発明では、さらに、皿型造粒機の直後に原料水分
を測定する赤外線水分計を配設するとともに、測定され
た原料の含有水分に応じて該皿型造粒機へ供給する水分
量を調節する制御装置を備えた構成とした。

【０００５】

【作用】本発明では、従来のロールクラッシャによる２
段の破砕工程を廃止し、それに代わるものとして竪型ロ
ーラミルによる粉砕工程により原料を粉砕する。その結
果、粉砕ローラやテーブルライナなど竪型ローラミルの
摩耗材の寿命は約２０００時間と飛躍的に延びるから、
従来実施してきた週単位のロールクラッシャ・ロールの
取り替えが不要となり生産性が向上する。また、粉砕後
の粒度も大幅に細かくなるから均一で表面肌理の優れた
粘土瓦が得られる。また、粉砕工程と成形工程に調湿・
混練工程を付加して水分調整をし、かつ、水分や混練状
態の均一化を図ることにより、焼成後の製品瓦の強度が
増大し品質が向上する。調湿・混練工程において、皿型
造粒機や２軸混練機を採用すると、単一の機械で能率よ
く所望の含有水分を持ったペレット状粒状物が得られ、
最終製品の品質が向上する。第２の発明では、皿型造粒
機以後の原料水分を刻々計測して原料水分が所望の値に
なるよう皿型造粒機に供給する水分量を調整するフィー
ドバック制御を行っているから、原料の水分調整が一層
正確に実施される。

【０００６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細に
ついて説明する。図１〜図９は本発明の実施例に係り、
図１は粘土瓦製造設備のフローシート、図２は粘土瓦製
造設備の全体構成図、図３は竪型ローラミルの全体縦断
面図、図４は皿型造粒機の正面図、図５は皿型造粒機の
縦断面図、図６は２軸混練機の縦断面図、図７は２軸混
練機の平面図、図８は赤外線水分計の原理説明図、図９
は赤外線水分計の使用例を示す斜視図である。

【０００７】本発明においては、図１に示すように、採
掘された瓦原料となる粘土類は、粉砕工程の効率を高め
るため予備乾燥された後、竪型ローラミルによる粉砕工
程を経て微粉砕される。微粉砕された粉砕産物は一般に
乾燥状態となっており、次工程の成形を行う前にあらか
じめ原料微粉にバインダなどの結合剤を入れて混練する
とともに、水分を添加して混練する調湿・混練工程に送
られる。調湿・混練工程では、皿型造粒機か２軸混練機
のいずれかで水分を添加して混練するか、あるいは皿型
造粒機および２軸混練機がともに設備された工程で調湿
と混練がなされ均一な水分含有組成の原料とされる。粉
砕産物の粒度は７４μｍパス９０〜９５％（最大粒子径
７５〜１００μｍ）程度とし、調湿・混練工程における
添加水分含有量は１８〜２８％（ＷＢ）が望ましい。次
に、これらの粒状原料は押出機７０へ供給され、水平平
行２軸のスクリュによって加圧成形されて連続した板状
成形体に形成されて押出機（２軸スクリュ押出機）７０
より排出される。成形工程を終えた板状成形体は瓦寸法
に合致する規定寸法に裁断され、プレス成形されて所定
の瓦形状となり、乾燥工程と施釉工程とを経て焼成さ
れ、瓦製品となる。図１の成形工程以降は従来工程と同
一である。

【０００８】図２は粘土瓦製造設備３００の実施例を示
したもので、１は原料ホッパ、２はベルトフィーダ、５
（５Ａ、５Ｂ）はベルトコンベヤ、６は供給ゲート、７
は乾燥機、８は熱風炉、９はバケットエレベータ、１０
は熱風ダストコレクタ、２０はミル前ホッパ、３０は竪
型ローラミル、４０はバッグフィルタ、４２はスクリュ
コンベヤ、４４はバケットエレベータ、５０は微粉ホッ
パ、５２は局部集塵用のバッグフィルタ、５４は微粉切
出機、６０は皿型造粒機、６０Ｍは２軸混練機、６７は
ベルトコンベヤ、６８と６９はベルトコンベヤ、７０は
押出機、８０は切断機、９０は成形プレス、１００は連
続乾燥機、１１０は自動施釉機、１２０は焼成炉（窯
炉）、２００は赤外線水分計、２１０は制御装置、２２
０は電動バルブである。図２において、原料ホッパ１に
貯えられた瓦原料はベルトフィーダ２により切り出さ
れ、供給ゲート６を経て乾燥機７へ移送される。乾燥機
７は熱風炉８によって供給された熱風を室内に導入され
て乾燥するパドル式ドライヤやベルト式ドライヤが使用
される。予備乾燥された原料はミル前ホッパ２０で一旦
貯蔵されたうえ竪型ローラミル３０へ投入されて微粉砕
される。竪型ローラミル３０の構造や作用については後
述する。竪型ローラミル３０で粉砕後の粉砕産物は空気
搬送され、バッグフィルタ４０で集塵され微粉ホッパ５
０へ貯蔵される。粉砕産物は従来技術の破砕機（例えば
図１１に示すロールクラッシャ）よりもはるかに小さな
粒度に粉砕され、７４μｍパス９０〜９５％程度とされ
る。

【０００９】このようにして得られた微粉状態の乾燥さ
れた原料は、そのままでは瓦形状への成形が困難である
ので、バインダなどの結合剤を加えるか、あるいは適正
な水分添加をして混練する。本発明においては、粉砕工
程と成形工程との間に調湿・混練工程を設け、使用する
機械としては、皿型造粒機６０を単独使用するか、ある
いは２軸混練機６０Ｍを単独使用するか、あるいは皿型
造粒機６０と２軸混練機６０Ｍの両方を使用する場合が
あり、両方使用する場合が均一混練の観点から望まし
い。図２は両方を使用する場合を示している。図２の場
合について述べると、微粉ホッパ５０の原料微粉末は、
微粉切出機５４で切り出されて皿型造粒機６０へ供給さ
れ、スプレイノズルにより水分を注水され混練され数ｍ
ｍ程度のペレットに造粒され、２軸混練機６０Ｍへ送ら
れてさらに十分混練され均一水分含有状態にされる。皿
型造粒機６０の構造については後述する。皿型造粒機６
０後のベルトコンベヤ６７には図６〜図７に示すような
赤外線水分計２００が設置され、造粒後の原料水分を計
測したうえ、前述したように、含有水分を所望の１８〜
２０％（ＷＢ）となるように制御装置２１０で比較し、
測定水分と設定範囲との差異を調整するため電動バルブ
２２０へバルブ開度調整指令を発して注水量を制御す
る。このようにして、調湿・混練工程で軟い固形物とさ
れた原料は、次に押出機７０へ装入され水平平行な２軸
スクリュで混練され加圧されて前方のダイスより長尺の
板状の成形体となって押し出され、切断機（カッタ）８
０で所要寸法に裁断されたあと、成形プレス９０によっ
て所要の瓦形状に成形される。成形体はトンネル型の連
続乾燥機１００を通過する間に含有水分を約１％程度に
蒸発乾燥され、釉薬の入った貯槽内を上方の吊具に懸架
され浸漬されたまま移動する自動施釉機１１０で釉薬
（うわぐすり）を表面に塗布される。その後、焼成炉１
２０で１１００〜１２００℃に加熱され、焼成されて最
終製品の瓦製品となる。これらの瓦製品は外観検査や曲
げ試験などの強度試験を行い、合格品が製品として梱包
され出荷される。

【００１０】次に竪型ローラミル３０の構造と作用につ
いて説明する。石灰石やスラグ、セメント原料などの原
料を細かく粉砕し粉体とする粉砕機の一種として、図３
に示すように、回転テーブルと粉砕ローラとを備えた竪
型ローラミル３０が広く用いられている。この種の粉砕
機は、円筒状ケーシング３１の下部において電動機３２
Ａにより減速機３２Ｂで駆動されて低速回転する円盤状
の回転テーブル３３と、その上面外周部を円周方向へ等
分する箇所に油圧などで圧接されて従動回転する複数個
の粉砕ローラ３４とを備えている。粉砕ローラ３４はケ
ーシング３１に軸３４Ｂによって揺動自在に軸支された
アーム３４Ａとアーム３４Ｃを介して油圧シリンダ３４
Ｄのピストンロッド３４Ｅに連結されており、油圧シリ
ンダ３４Ｄを作動させることにより、粉砕ローラ３４を
回転テーブル３３上に押圧して原料への粉砕圧力を与え
ている。３３Ｓは回転テーブル３３の外周縁に設けられ
原料層厚を調整するダムリング、３３Ａは回転テーブル
３３周囲のガス吹上用環状空間通路、３３Ｂはガス供給
路、３５は羽根３５Ａにより粉砕された原料を分級する
回転式セパレータ、３７はガスとともに製品を取り出す
排出口、３６は原料投入シュートである。

【００１１】このように構成された竪型ローラミル３０
において、調合原料は回転テーブル３３の中央部へ原料
投入シュート３６より供給され、回転テーブル３３の回
転によりテーブル半径方向の遠心力を受けて回転テーブ
ル３３上を滑る時に回転テーブル３３により回転方向の
力を受け、回転テーブル３３との間で滑って回転テーブ
ル３３の回転数よりいくらか遅い回転を行う。以上２つ
の力、すなわち、半径方向と回転方向の力とが合成さ
れ、原料は回転テーブル３３上を渦巻状の軌跡を描いて
回転テーブル３３の外周部へ移動する。この外周部に
は、ローラが圧接されて回転しているので、渦巻線を描
いた原料は粉砕ローラ３４と回転テーブル３３との間へ
ローラ軸方向とある角度をなす方向から進入して噛込ま
れて粉砕される。

【００１２】一方、ケーシング３１の基部には熱風ダク
ト３８によって乾燥機７を通過した後の熱風などのガス
が導かれており、このガスが回転テーブル３３の外周面
とケーシングの内周面との間の環状空間通路３３Ａから
吹き上がることにより、粉砕された微粉体はガスに同伴
されてケーシング３１内を上昇し、上部に位置するセパ
レータ３５の羽根３５Ａにより分級作用を受け、所定粒
度の微粉末はガスとともに排出口３７から排出され次の
工程（バッグフィルタ４０）へ送られる。粉砕産物の粒
度はセパレータ３５の回転数を変更することにより簡単
容易に調整できる。このように、竪型ローラミル３０
は、従来の粘土瓦製造設備に使用されていた２段のロー
ルクラッシャでは到底不可能であった粒度にまで大量
に、かつ、連続的に微粉砕できるばかりでなく、摩耗性
の強い原料に対しても十分耐久性を備えている。すなわ
ち、粉砕に寄与し原料と常時接触する粉砕ローラ３４の
周面や回転テーブル３３上面のテーブルライナ３３Ｌは
耐摩耗性に強い高マンガン鋼鋳鋼を使用しており、寿命
が長く通常粘土系の原料に対しては約２０００〜２５０
０時間の使用に耐える。高マンガン鋼鋳鋼は、１１〜１
４％Ｍｎ、０．９０〜１．３％Ｃｏを含み、他の鋼種に
見られない極めて大きい靱性と著しい加工硬化能をもっ
ている。したがって、この特長を発揮させるため、粉砕
ローラ３４やテーブルライナ３３Ｌの製造に際しては、
１３２０°Ｋに加熱して炭化物をオーステナイト中へ固
溶させ、均一オーステナイト組織とする。また、この場
合の焼入れは、硬化が目的でなく靱性の付与が目的であ
り、水靱処理と呼ばれている。この状態では表面の硬さ
がＨＢ２００程度と軟かいが、実操業の運転によって表
面に衝撃的荷重をうけるとＨＢ５５０程度の加工硬化層
が形成され、すぐれた耐摩耗性を発揮する。したがっ
て、常に表面に打撃を受けるような粉砕機構を有する竪
型ローラミル３０のような粉砕機には耐摩耗性について
好適である。

【００１３】次に、皿型造粒機６０の構造と作用につい
て説明する。皿型造粒機６０は、図４〜図５に示すよう
に、フレーム６１上にハンドル６１Ａによって傾動自在
な皿型のパン６２を配設し、電動機６０Ａによりパン６
２を回転駆動した状態で、微粉原料をパン６２内へ供給
する。パン６２内の微粉原料はスプレによる水分の添加
とともに図４の２点鎖線で示した軌跡を描いてパン６２
の底面および側内面を転動し、次第に造粒されてペレッ
ト状の粒体となる。粒体の含有水分は添加する水分量と
バッチ運転時間によって制御される。皿型造粒機６０は
以上のように微粉原料に所要の含有水分を与えて調湿お
よび混練を行い均一な所要の粒径の粒体を形成する。な
お、皿型造粒機６０にはパン６２の底面や側内面への微
粉の付着を防止するため、アーム６３に直交して張設し
たビーム６３Ａに付着物を剥離させるサイドスクレーパ
６４やサイドレーキ６５を配設して側内面の付着防止を
図るとともに、ビーム６３Ａを移動自在な移動レーキ６
６によって底面付着物の除去を行っている。

【００１４】次に２軸混練機６０Ｍの構造と作用につい
て説明する。２軸混練機６０Ｍは、図６〜図７に示すよ
うに、共通ベース６０ａ上に設置されたケーシング６０
ｂ内に周囲にスパイラル状のスクリュ羽根が周設された
平行な２本のスクリュ６０ｆが配設され、減速電動機６
０ｄによって１本のスクリュ６０ｆが回転駆動されると
ともに他の１本はギヤボックス６０ｅ中の同期歯車６０
ｘを介して逆回転方向に回転駆動され、入口シュート６
０ｃより投入された原料を２本のスクリュ６０ｆ、６０
ｆ間で混練されつつ前方へ移送し、ケーシング６０ｂの
縁端に設けたダイス６０ｇに設けた多数のスリット孔よ
り押圧排出され、ダイス６０ｇの外側に回転自在に設け
たカッタ６０ｈにより、所定の大きさに切断され、出口
シュート６０ｊを経由して排出される。２軸混練機６０
Ｍを従来から使用されているパドルミキサなどの混練機
に代えてもよい。ベルトコンベヤ６７の途中には、図
８、図９に示すように、赤外線水分計２００が設置さ
れ、輸送中の原料水分を連続的に測定する。赤外線水分
計２００の原理は、水の近赤外線域に１．２μｍ、１．
４５μｍ、１．９４μｍ、２．９４μｍの４つの波長の
吸収帯があり、これらの波長光を物質にあてた場合に、
その物質の含有水分に応じて光が吸収され、その減衰量
を見ることによって水分を測定するものである。吸収波
長のみの計測では、物質の表面状態や粒子の大きさ、色
彩などの影響を受け安定した測定ができないので、水に
影響を受けない近赤外線（比較波長）を別に設定し、吸
収波長と比較波長を等しくあて、反射してくる両波長光
のエネルギの比較を求め水分値に換算するようにしてい
る。赤外線水分計２００は水分計センサ２０２とパーソ
ナルコンピュータ２０４とで構成される。

【００１５】以上説明したように、本発明の粘土瓦の製
造設備は、従来設備のように、週１回必要としていたロ
ールクラッシャの取り替えなどの面倒な作業を不要とす
る、耐摩耗性に優れる竪型ローラミル３０を使用して、
大量に、かつ、連続的に操業できるばかりでなく、原料
粉末の粒度がこれまでの破砕工程では得られなかった微
粉領域となっているため、瓦製品の強度が約１．５倍に
アップし、表面光沢のよい高品質の製品が得られる。ま
た、原料粒子が微細化されている分単位重量当りの比表
面積が増大しているから、燃焼効率がよく５０〜１００
℃程度焼成温度が低減されるので省エネルギ効果があ
る。また、粉砕工程と成形工程に調湿・混練工程を設け
て、成形工程へ入る原料粘土の含有水分を望ましい値に
調湿したうえ十分混練して均一水分含有状態としている
ので、成形工程後の変形が少なく寸法公差を逸脱する不
良品の発生が減少し、焼成後の強度低下の少ない安定し
た均質な成形品を得ることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
メンテナンス性が改善され、生産性が向上するととも
に、安定した均一な高品質の粘土瓦を連続安定的に生産
できるばかりでなく、製品歩留りを向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る粘土瓦製造設備のフロー
シートである。

【図２】本発明の実施例に係る粘土瓦製造設備の全体構
成図である。

【図３】本発明の実施例に係る竪型ローラミルの全体縦
断面図である。

【図４】本発明の実施例に係る皿型造粒機の正面図であ
る。

【図５】本発明の実施例に係る皿型造粒機の縦断面図で
ある。

【図６】本発明の実施例に係る２軸混練機の縦断面図で
ある。

【図７】本発明の実施例に係る２軸混練機の平面図であ
る。

【図８】本発明の実施例に係る赤外線水分計の原理説明
図である。

【図９】本発明の実施例に係る赤外線水分計の使用例を
示す斜視図である。

【図１０】従来の粘土瓦製造設備のフローシートであ
る。

【図１１】従来の破砕工程に使用されるロールクラッシ
ャの平面図である。

【符号の説明】

１ 原料ホッパ ２ ベルトフィーダ ５Ａ ベルトコンベヤ ５Ｂ ベルトコンベヤ ６ 供給ゲート ７ 乾燥機 ８ 熱風炉 ９ バケットエレベータ １０ 熱風ダストコレクタ ２０ ミル前ホッパ ３０ 竪型ローラミル ３１ ケーシング ３２Ａ 電動機 ３２Ｂ 減速機 ３３ 回転テーブル ３３Ａ 環状空間通路 ３３Ｂ ガス供給路 ３３Ｌ テーブルライナ ３３Ｓ ダムリング ３４ 粉砕ローラ ３４Ａ アーム ３４Ｂ 軸（回転軸） ３４Ｃ アーム ３４Ｄ 油圧シリンダ ３４Ｅ ピストンロッド ３５ セパレータ ３５Ａ セパレータ羽根 ３６ 原料投入シュート ３７ 排出口 ３８ 熱風ダクト ４０ バッグフィルタ ４２ スクリュコンベヤ ４４ バケットエレベータ ５０ 微粉ホッパ ５２ バッグフィルタ ５４ 微粉切出機 ６０ 皿型造粒機 ６０Ａ 電動機 ６０Ｍ ２軸混練機 ６０ａ 共通ベース ６０ｂ ケーシング ６０ｃ 入口シュート ６０ｄ 減速電動機 ６０ｅ ギヤボックス ６０ｆ スクリュ ６０ｇ ダイス ６０ｈ カッタ ６０ｊ 出口シュート ６０ｘ 同期歯車 ６１ フレーム ６１Ａ ハンドル ６２ パン ６３ アーム ６３Ａ ビーム ６４ サイドスクレーパ ６５ サイドレーキ ６６ 移動レーキ ６７ ベルトコンベヤ ６８ ベルトコンベヤ ６９ ベルトコンベヤ ７０ 押出機（２軸スクリュ押出機） ８０ 切断機（カッタ） ９０ 成形プレス １００ 連続乾燥機 １１０ 自動施釉機 １２０ 焼成炉（窯炉） １３０ ロールクラッシャ １３２ 原料供給口 １３４ ロール ２００ 赤外線水分計 ２０２ 水分計センサ ２０４ パーソナルコンピュータ ２１０ 制御装置 ２２０ 電動バルブ ３００ 粘土瓦製造設備

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料の粉砕工程と調湿・混練工程と成形
   工程と施釉工程と焼成工程を備えた粘土瓦の製造設備で
   あって、該粉砕工程には原料を微粉砕する竪型ローラミ
   ルを備え、該調湿・混練工程には皿型造粒機および／ま
   たは２軸混練機を備えた粘土瓦の製造設備。
2. 【請求項２】 皿型造粒機の直後に原料水分を測定する
   赤外線水分計を配設するとともに、測定された原料の含
   有水分に応じて該皿型造粒機へ供給する水分量を調節す
   る制御装置を備えた請求項１記載の粘土瓦の製造設備。