JPH1177657A - 短繊維周方向配向管の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周方向に短繊維が配向した管を製造する。 【解決手段】 ノズル１２の内面とノズル１２内に挿入
された中子１５との間に周方向配向性付与装置１８を設
置する。周方向配向性付与装置１８は、径の異なる複数
の筒体１９ａを同心状に配してノズル１２と中子１５側
に固定した固定剪断筒１９と、径の異なる複数の筒体２
０ａを固定剪断筒１９の各筒体１９ａの間に重ね合わさ
れるように配した回転剪断筒２０とからなる。回転剪断
筒２０は回転軸２２に連結されて、回転軸２２により回
転させられる。スラリー６は回転剪断筒２０と固定剪断
筒１９との間で剪断力の作用を受けて、周方向に短繊維
６ａが配向される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス短繊維
を混合したスラリーを押出し成形機又は射出成形機で押
出し又は射出して管を製造するときにセラミックス短繊
維が周方向に一軸配向された管を製造する方法及び装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスは、高温特性に優れている
ため、高温で使用する機器の使用構造材料として有望で
あるが、靭性が低く脆性材料であるため、その改善が望
まれている。

【０００３】このような脆性材料については、応力が材
料の応力限界に達した際に発生する亀裂が一般的に応力
方向と直交する方向に進展する。これを改善するため、
マトリックス中にセラミックス短繊維を混合したスラリ
ーを押出し成形又は射出成形により成形する方法が提案
されている。

【０００４】マトリックス中にセラミックス短繊維を混
合して成形したものにおいては、亀裂の先端が上記短繊
維と交差した際に、該短繊維に進路を妨害され、亀裂は
該短繊維を迂回して進展しようとするが、このとき亀裂
を進展させるための応力が分散され、亀裂は進展し難く
なる。又、上記亀裂が通過した後の上記短繊維がマトリ
ックスからプルアウトしない限り該短繊維はマトリック
スとの摩擦力によって亀裂の進展を阻止する力が作用す
る。これらのことから、応力が作用する方向にセラミッ
クス短繊維を一軸配向させることが即時破壊の防止に有
効であることがわかる。

【０００５】上記セラミックス短繊維を一軸配向させる
ようにしたものではないが、セラミックス短繊維をマト
リックス中に混合して所要の粘性にしてなるスラリーを
押出して成形品を作るようにしたものとして、図４に一
例の概略を示すような押出し成形機１がある。すなわ
ち、水平方向に設置されたケーシング２内に搬送用スク
リュー３を収納して、該スクリュー３の軸４の一端を、
周辺部をスラリー６が通過できるように広い空間部を有
するようにしてある軸受５ａに回転自在に支持させると
共に、軸４の他端をケーシング２に組み付けた軸受５ｂ
に回転自在に支持させ、セラミックス短繊維６ａが混合
されたスラリー６が、ケーシング２の一端側に設けたス
ラリー投入ホッパ７からケーシング２内に投入される
と、搬送用スクリュー３によりケーシング２の他端側の
スラリー溜り８へ送るようにする１段目圧送装置Ａを構
成し、又、上記スラリー溜り８の下方位置に、水平方向
に配置したケーシング９の一端側を開口させて接続し、
該ケーシング９内にも搬送用スクリュー１０を収納し
て、上記１段目圧送装置Ａの場合と同様に軸受５ａ，５
ｂで回転自在に支持させ、上記スラリー溜り８内のスラ
リー６が、２本の水平ロールの回転で一定量宛供給する
ようにしてあるスラリー定量送り装置１１によりケーシ
ング９内へ供給されると搬送用スクリュー１０により圧
送するようにする２段目圧送装置Ｂを構成し、更に、該
２段目圧送装置Ｂの下流側に出口部を絞ったノズル１２
を設けて、スラリー６を該ノズル１２から押出して成形
品１３を作るようにしたものがある。１４はスラリー６
中の気泡を除去するためスラリー溜り８に接続した真空
発生装置である。

【０００６】しかし、上記押出し成形機で押出し成形す
る場合、マトリックス中のセラミックス短繊維６ａは、
ノズル１２の出口部で該ノズル１２の内壁による剪断力
の作用を受けることにより、ノズル１２とスラリー６の
界面付近で押出し方向の一方向に配向されるが、成形品
１３の内部までは上記剪断力が作用しないので、上記短
繊維を一軸配向することができない。

【０００７】一方、上記押出し成形機１で円形の管を製
造しようとするときは、図５にノズル１２の部分を拡大
して示す如く、ノズル１２の出口を円形にすると共に、
該ノズル１２の軸心部に円柱状の中子１５を挿入してノ
ズル１２の内壁に支持材１６を介して固定設置し、ノズ
ル１２の内周壁と中子１５の外周面との間よりスラリー
６を押出すようにすることにより円管状の成形品１３が
得られ、これを図示しない乾燥炉で乾燥させ、脱脂、焼
成させることにより管を製造するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４に示し
た押出し成形機や図示しない射出成形機自体は、上記し
たようにスラリー中のセラミックス短繊維を一軸配向さ
せるためのものではないので、図５のように管を製造す
る場合でも、ノズル１２の出口からスラリー６が押し出
される際にスラリー６に対しては、ノズル１２の内壁面
や中子１５の外壁面により剪断力が付与されることによ
り、ノズル１２とスラリー６の界面付近や中子１５とス
ラリー６の界面付近では上記剪断力の作用によりセラミ
ックス短繊維６ａは押出し方向の一方向の配向、すなわ
ち、管の軸方向の一軸配向となるだけである。

【０００９】内部流体の内圧が作用する管においては、
軸方向に作用する応力よりも周方向に作用する応力の方
が大きいため、かかる周方向に作用する応力の方向にセ
ラミックス短繊維を一軸配向させた管を製造しなけれ
ば、応力が作用する方向と直交する方向に発生する亀裂
の進展を上記短繊維が阻止することができないが、従来
の管の製造においては、セラミックス短繊維を周方向に
一軸配向した管を作ることは行われていなかった。

【００１０】そこで、本発明は、内圧が作用する管の製
造において、大きな応力の作用する管の径方向の応力向
上を図るようにすると共に亀裂が発生した際に即時破壊
を防止することができるようなセラミックス製の管の製
造方法及び装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ノズル内壁面と該ノズルに挿入された中
子との間を通ってノズル出口部に至る途中のスラリー
に、周方向に回転する筒又は翼と、該回転する筒又は翼
に近接して固定してある筒又は翼との間で剪断力を作用
させ、スラリー中の短繊維を周方向に一軸配向させ、周
方向に短繊維が配向された管を製造する方法、及びノズ
ル内壁面と該ノズルに挿入された中子との間に、径の異
なる複数の筒体を同心状に配して径方向に多段となるよ
うにした固定剪断筒と、該固定剪断筒の各筒体と重なる
ように同心状に配した径の異なる複数の筒体を回転軸に
連結して該回転軸とともに回転するようにした回転剪断
筒とからなる周方向配向性付与装置を設置し、圧送され
るスラリーを上記周方向配向性付与装置を通過させると
きに固定剪断筒と回転剪断筒との間で剪断力を作用させ
て短繊維を周方向に配向させるようにした構成、又は、
固定剪断筒と回転剪断筒とからなる周方向配向性付与装
置に代えて、内方へ向けて多数の歯を有する複数の翼体
をスラリーの流れ方向に多段に配してノズルの内壁面に
固定した固定翼と、外方へ向けて放射状に多数の歯を有
する複数の翼体を上記固定翼の各翼体にスラリー流れ方
向で重なり合うように多段に配して内径側を円筒体に固
定すると共に、該各円筒体を回転軸に連結して該回転軸
とともに回転するようにした回転翼とからなる周方向配
向性付与装置を用いた構成とする。

【００１２】スラリーは周方向配向性付与装置を通過す
るときに、固定剪断筒又は固定翼と回転剪断筒又は回転
翼との間で剪断力の作用を受けるので、スラリー中の短
繊維が周方向へ配向され、内圧の作用を受ける管で応力
が作用する周方向に短繊維が配向した管を製造できる。

【００１３】又、ノズル出口近傍のノズル内面と中子と
の間に整流板を設置して、スラリーを周方向へ流すよう
にすることにより、更に周方向への剪断力を作用させる
ことができて、周方向に短繊維が配向した管が得られ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１（イ）（ロ）は本発明の実施の一形態
を示すもので、図４に示した如き押出し成形機の２段目
圧送装置Ｂの下流側にあるノズル１２の内側に、円柱状
の中子１５を挿入して固定設置し、且つ該中子１５の外
面とノズル内壁面との間の環状空間部１７に、スラリー
６に対し周方向に剪断力を作用させてセラミックス短繊
維６ａを周方向に配向させるようにする周方向配向性付
与装置１８を設置する。

【００１６】詳述すると、上記周方向配向性付与装置１
８は、固定剪断筒１９と回転剪断筒２０を同心状に重ね
合わせるようにして固定剪断筒１９に近接して回転剪断
筒２０がノズル１２の周方向に回転することによりスラ
リー６に周方向の剪断力を作用させるようにするもの
で、上記固定剪断筒１９は、ノズル１２の内壁に複数本
（図では３本）の放射方向に延びる支持材１６で固定さ
れた中子１５とノズル１２の内壁との間に、径の異なる
複数の筒体１９ａを所要の間隔で同心状に配置して、そ
の各一端を上記各支持材１６の片面に固定してなる構成
としてあり、又、上記回転剪断筒２０は、上記固定剪断
筒１９の各筒体１９ａと同様に径の異なる筒体２０ａを
同心状に配置して固定剪断筒１９の各筒体１９ａに径方
向に交互に重ね合わせ、該各筒体２０ａの一端側を、上
記支持材１６と同様に放射方向へ配した支持材２１に固
定して一体化させ、且つ図４に示す２段目圧送装置Ｂの
搬送用スクリュー１０の軸心部に回転自在に挿通させた
回転軸２２の先端に円板２３を固定し、該円板２３の外
周面に、上記支持材２１の内側端部を固定し、更に、回
転軸２２のところへスラリー６が流入しないようにする
ための円筒体２４を、上記円板２３に固定して、回転軸
２２とともに円板２３、円筒体２４が回転できるように
してなる構成としてあり、回転軸２２を回転させて回転
剪断筒２０を回転させることにより、固定剪断筒１９の
各筒体１９ａの内外方向に位置する回転剪断筒２０の筒
体２０ａが回転して、上記筒体１９ａと２０ａとの間で
スラリー６に剪断力を付与させるようにしてある。

【００１７】図１（イ）（ロ）に示すように搬送用スク
リュー１０によりノズル１２の上流側位置まで圧送され
て来たスラリー６が、上記搬送用スクリュー１０の軸に
挿通されている回転軸２２と一体で回転する回転剪断筒
２０の各筒体２０ａと固定剪断筒１９の各筒体１９ａと
の間に達すると、周方向に回転する回転剪断筒２０によ
り固定剪断筒１９の各筒体１９ａ間に剪断力が作用し、
ここを通過するスラリー６中のセラミックス短繊維６ａ
は周方向に配向させられる。この際、回転剪断筒２０の
周速とスラリー６が押し出される流速とを等しくすれ
ば、セラミックス短繊維６ａの周方向の配向角度はスラ
リー押出し方向に対し約４５度となり、又、回転剪断筒
２０の周速をスラリー６の流速の２倍以上にすれば、上
記セラミックス短繊維６ａの配向角度はスラリー押出し
方向に対しほぼ直交する９０度となり、回転剪断筒２０
の周速を変更することにより短繊維６ａの配向方向を任
意に変更することができる。

【００１８】このように、固定剪断筒１９と回転剪断筒
２０とからなる周方向配向性付与装置１８でセラミック
ス短繊維６ａが周方向に配向させられたスラリー６は、
ノズル１２内を出口側へと送られて押し出され、図１
（ハ）に示すようにして上記短繊維６ａが周方向に配向
された管が成形品１３として製造されることになる。

【００１９】次に、図２（イ）（ロ）は本発明の実施の
他の形態を示すもので、図１（イ）（ロ）で固定剪断筒
１９と回転剪断筒２０とを径方向に重ね合わせて周方向
に剪断力を作用させるようにした周方向配向性付与装置
１８に代えて、軸心に向けて円周方向に沿い多数の歯２
７ａを突出させて各歯２７ａの先端が中子１５の外径よ
りも大きくなるようにした薄板のリング状翼体２７を、
ノズル１２の軸方向に多段に配置してなる固定翼２６
と、外方へ向け放射状に歯２９ａを突出させて各歯２９
ａの先端がノズル１２の内径よりも小さくなるようにし
た薄板の翼体２９をノズル１２の軸方向に多段に配置し
てなる回転翼２８とを組み合わせた構成の周方向配向性
付与装置２５とし、スラリー６に対し固定翼２６の翼体
２７間で剪断力を作用させて、該スラリー６中のセラミ
ックス短繊維６ａを周方向に配向させるようにしたもの
である。

【００２０】上記固定翼２６は、図２（ロ）に示すよう
に歯先が軸心に向くように内方へ向けて歯２７ａが突出
してあるリング状の翼体２７をノズル１２の内周壁面に
ノズル軸方向に所要間隔を隔てて多段に固定配置してな
る構成としてあり、また、回転翼２８は、中子１５の外
径よりも内径を大きくした円筒体３０の外周面に、図２
（ロ）に示すように歯先が放射方向に向くように多数の
歯２９ａを突設し且つ各歯先により形成される円弧の径
をノズル１２の内径よりも小さくしてなる翼体２９を、
ノズル１２の軸方向に且つ上記固定翼２６の各翼体２７
の間に位置するように固定し、上記円筒体３０の一端部
を、図１（イ）に示すと同様に回転軸２２に固定してあ
る円板２３に固定し、該回転軸２２の回転により回転翼
２８が固定翼２６の間で回転するようにしてある構成と
してあり、スラリー６が固定翼２６の間で回転翼２８に
より剪断力の作用を受けることにより、スラリー６中の
セラミックス短繊維６ａが周方向に配向させられるよう
にしてある。

【００２１】この実施の形態においては、ノズル１２の
内周壁と中子１５の外周面との間に設置した周方向配向
性付与装置２５の固定翼２６と回転翼２８がノズル１２
の軸方向に重ね合わされているので、固定翼２６の各翼
体２７の各歯２７ａ間の隙間と、回転翼２８の各翼体２
９の各歯２９ａ間の隙間を通って下流側へ流れようとす
るスラリー６に対して、回転翼２８の各翼体２９が回転
するときの該各翼体２９の歯２９ａにより固定翼２６と
回転翼２６の間で剪断力が付与され、該スラリー６中の
短繊維６ａが周方向に配向される。このとき、剪断力を
受けずに固定翼２６と回転翼２８の各翼体２７，２９間
を通り抜けたスラリー６は、後段の回転翼２８と固定翼
２６の間で剪断力を受けることにより、短繊維６ａが周
方向へ配向されることになる。

【００２２】このようにしてノズル１２から押し出され
て成形品１３とされる管は、内部まで短繊維６ａが周方
向に一方向配向されたものが得られる。

【００２３】なお、本発明は、上記各実施の形態のみに
限定されるものではなく、たとえば、図３（イ）に示す
如く、ノズル１２の出口部近傍の内面と中子１５との間
に、図３（ロ）にスラリーの押出し方向から見た図を示
す如く、或る曲面をもった多数の羽根状の板３２を周方
向に少しずつずらしながら且つ前後の板を軸方向に所要
の隙間を形成しながら固定してなるインペラー状の整流
板３１を設置し、該整流板３１に沿いスラリー６が流さ
れて通過させられるときに、スラリー６が押出し方向と
直交する方向に向きを変えられ、このときに整流板３１
の各板３２表面とスラリー６との境界近傍でスラリー６
は剪断力の作用を受け、スラリー６中の短繊維６ａが周
方向に一軸配向させられるようにしたものを用いること
ができる。

【００２４】上記ノズル１２出口部の内側にスラリー６
を押出し方向とは直交する周方向に流すようにする整流
板３１を設置した構成を、図１（イ）（ロ）の実施の形
態と組み合わせて用いるようにすると、ノズル１２の内
周面と中子１５との間の周方向配向性付与装置１８の固
定剪断筒１９間で剪断力が作用してセラミックス短繊維
６ａを周方向に配向させ、更に、ノズル１２の出口近傍
のノズル内面と中子１５との間に設けた整流板３１をス
ラリー６が通過する際に、該整流板３１によって押出し
方向に直交する方向に整えられ、セラミックス短繊維６
ａが周方向に配向した成形品１３が得られる。

【００２５】上記において、周方向配向性付与装置１８
の回転剪断筒２０の周速は、スラリー流速と同等かそれ
以上であれば、整流板３１によって短繊維６ａの向きを
周方向に一方向配向させることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の短繊維周方向
配向管の製造方法及び装置によれば、ノズルの出口部か
ら内部に挿入配置した中子とノズル内壁面との間に、径
の異なる複数の筒体を同心状に配して径方向に多段とな
るようにした固定剪断筒と、該固定剪断筒の各筒体と重
なるように同心状に配した径の異なる複数の筒体を回転
軸に一体的に連結してなる回転剪断筒とからなる周方向
配向性付与装置、又は複数の翼体をスラリーの流れ方向
に多段に配してノズル内壁面に固定してなる固定翼と、
該固定翼の各翼体と重なるようにスラリーの流れ方向に
多段に配して円筒体に固定すると共に該円筒体を回転軸
に連結して回転できるようにしてある回転翼とからなる
周方向配向性付与装置を介在させ、圧送されて来るスラ
リーを周方向配向性付与装置を通過させるときに、固定
剪断筒又は固定翼と回転剪断筒又は回転翼との間で剪断
力を作用させ、スラリー中の短繊維を周方向に一軸配向
させるようにするので、ノズルから出て来る成形品とし
ての管は内部まで周方向に短繊維が配向されたものが得
られ、又、ノズル出口近傍のノズル内面と中子との間
に、スラリーの流れを周方向に整流させるよう多数の羽
根状の板を円周方向に少しずつずらしながら配してなる
整流板を設置することにより、周方向に配向した状態の
スラリーを更に流れ方向に直交する周方向に整流させる
ことができてより優れた配向性の管を製造することがで
きる、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、（イ）は
切断側面図、（ロ）は（イ）のＩ−Ｉ矢視図、（ハ）は
得られた管の断面図である。

【図２】本発明の実施の他の形態を示すもので、（イ）
は切断側面図、（ロ）は（イ）のII−II矢視図である。

【図３】ノズル出口近傍のノズル内面と中子との間に設
けた整流板で、（イ）は切断側面図、（ロ）はスラリー
の流れ方向から見た図である。

【図４】押出し成形機の概要を示す切断側面図である。

【図５】図４の押出し成形機で管を製造するときのノズ
ル内部を示す断面図である。

【符号の説明】

６ スラリー ６ａ セラミックス短繊維（短繊維） １２ ノズル １３ 成形品 １５ 中子 １６ 支持材 １８ 周方向配向性付与装置 １９ 固定剪断筒 １９ａ 筒体 ２０ 回転剪断筒 ２０ａ 筒体 ２２ 回転軸 ２５ 周方向配向性付与装置 ２６ 固定翼 ２７ 翼体 ２７ａ 歯 ２８ 回転翼 ２９ 翼体 ２９ａ 歯 ３１ 整流板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル内壁面と該ノズルに挿入された中
   子との間を通ってノズル出口部に至る途中のスラリー
   に、周方向に回転する筒又は翼と、該回転する筒又は翼
   に近接して固定してある筒又は翼との間で剪断力を作用
   させ、スラリー中の短繊維を周方向に一軸配向させ、周
   方向に短繊維が配向された管を製造することを特徴とす
   る短繊維周方向配向管の製造方法。
2. 【請求項２】 ノズル内壁面と該ノズルに挿入された中
   子との間に、径の異なる複数の筒体を同心状に配して径
   方向に多段となるようにした固定剪断筒と、該固定剪断
   筒の各筒体と重なるように同心状に配した径の異なる複
   数の筒体を回転軸に連結して該回転軸とともに回転する
   ようにした回転剪断筒とからなる周方向配向性付与装置
   を設置し、圧送されるスラリーを上記周方向配向性付与
   装置を通過させるときに固定剪断筒と回転剪断筒との間
   で剪断力を作用させて短繊維を周方向に配向させるよう
   にしたことを特徴とする短繊維周方向配向管の製造装
   置。
3. 【請求項３】 固定剪断筒と回転剪断筒とからなる周方
   向配向性付与装置に代えて、内方へ向けて多数の歯を有
   する複数の翼体をスラリーの流れ方向に多段に配してノ
   ズルの内壁面に固定した固定翼と、外方へ向けて放射状
   に多数の歯を有する複数の翼体を上記固定翼の各翼体に
   スラリー流れ方向で重なり合うように多段に配して内径
   側を円筒体に固定すると共に、該各円筒体を回転軸に連
   結して該回転軸とともに回転するようにした回転翼とか
   らなる周方向配向性付与装置を用いた請求項２記載の短
   繊維周方向配向管の製造装置。
4. 【請求項４】 ノズルの出口近傍のノズル内面と中子と
   の間に、スラリーを周方向に流すように整流させる整流
   板を設置した請求項２記載の短繊維周方向配向管の製造
   装置。