JP6382582B2 - 押出成形金型及び成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出成形金型及びそれを用いた成形体の製造方法に関する。

従来、セメントや石膏等の材料の押出成形により形成される窯業系の成形体が知られている。窯業系の成形体は、窯業系建材として利用される。窯業系建材は、建築物の外壁等、種々の建材用途として利用されている。このような窯業系建材では、強度、耐火性、断熱性、取り扱い性等の性能を向上させることを目的として、種々の構造に形成することが提案されている。例えば、特許文献１では、二層構造の窯業系建材が開示されている。この窯業系建材では、発泡軽量セメント板の表面に、高比重セメントの被覆層が形成されており、いわばコア部とスキン部とを有する構造となっている。そして、コア部はスキン部で全面にわたって包み込まれている。このような成形体は、コア部を形成するための成形材料と、スキン部を形成するための成形材料とが、押出成形金型の内部で合流された後、押出成形金型から押し出されて形成される。

特開平２−１４１０５号公報

上記のようなコア部とスキン部とを有する成形体では、コア部を形成する成形材料とスキン部を形成する成形材料との違いに起因して、押し出された成形体に不良が生じるおそれがあることが判明した。例えば、成形材料は圧縮された状態で押出成形金型内の流路を通るが、コア部を形成する材料がスキン部を形成する材料よりも膨張性が高いと、押出成形金型から材料が出たときにコア部が膨張してスキン部を押し広げてしまうことがある。その結果、スキン部に亀裂が入ったり、スキン部が引き裂かれたり、あるいはコア部とスキン部との間で剥離が生じたりして、成形不良が発生し得る。

本発明は、成形不良の発生を抑制する押出成形金型及び成形体の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る押出成形金型は、成形材料の押し出しにより、中空部を有し、コア部とこのコア部を覆うスキン部とを備えた成形体を形成する金型である。押出成形金型は、前記成形体の外枠を形成する外枠金型と、前記成形体の前記中空部を形成する中空ピンとを備えている。押出成形金型は、前記外枠金型の出口付近に、前記成形材料の流路が流れ方向に延伸する前記中空ピンの延伸軸に向かって大きくなる拡大流路部を有する。前記拡大流路部は、前記外枠金型の前記出口付近において前記中空ピンの断面積が徐々に小さくなる構造を有する。

前記拡大流路部は、好ましくは、前記外枠金型の出口よりも上流に前記中空ピンの先端が配置される構造を有する。

本発明に係る成形体の製造方法は、上記の押出成形金型を用いて前記成形材料を押し出して前記成形体を製造する成形体の製造方法である。前記成形材料は、前記スキン部を形成するスキン材料と、前記コア部を形成するコア材料と、を含んでいる。前記スキン材料と前記コア材料とを前記押出成形金型内で合流させ、前記拡大流路部において、前記中空ピンの延伸軸側に前記コア材料を膨張させ、前記成形材料を前記押出成形金型から出す。

本発明によれば、押出成形金型の出口から出る前にコア部の材料が膨張するため、コア部がスキン部を押し広げることが抑制される。その結果、成形不良が抑制される。

図１は図１Ａ及び図１Ｂから構成される。図１Ａは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図１Ｂは図１Ａの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。 押出成形装置の一例を示す概略図である。 押出成形金型の中子の一例を示す斜視図である。 成形体の一例を示す斜視図である。 図５は図５Ａ〜図５Ｈから構成される。図５Ａは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図５Ｂは図５Ａの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。図５Ｃは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図５Ｄは図５Ｃの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。図５Ｅは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図５Ｆは図５Ｅの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。図５Ｇは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図５Ｈは図５Ｇの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。 図６は図６Ａ〜図６Ｆから構成される。図６Ａは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図６Ｂは図６Ａの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。図６Ｃは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図６Ｄは図６Ｃの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。図６Ｅは押出成形金型の一例の一部の断面図である。図６Ｆは図６Ｅの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。 図７は図７Ａ〜図７Ｃから構成される。図７Ａは押出成形金型の比較例の一部の断面図である。図７Ｂは図７Ａの押出成形金型を用いて成形体を製造する様子の一例を示す断面図である。図７Ｃは図７Ａの押出成形金型を用いて形成された成形体の一例を示す断面図である。

以下により、押出成形金型の発明が開示される。図１は押出成形金型１の一例の一部を示している。図１Ａでは、押出成形金型１の下流部の概略が示され、図１Ｂでは、押出成形金型１を用いて押出成形を実施したときの押出成形金型１の出口付近が示されている。図２は、押出成形装置５０の概略図である。押出成形装置５０は、押出成形金型１を有する。図３は、押出成形金型１の中子１０の一例である。図４は、押出成形金型１により形成された成形体４０の一例である。

押出成形金型１は、成形材料３０の押し出しにより成形体４０を形成する金型である。以下の説明において、上流及び下流とは、成形材料３０が流れる方向（流れ方向）が基準となる。流れ方向は、図１Ｂ、図２及び図４において白抜き矢印で示されている。図４では、成形体４０の厚み方向が矢印Ｖ１で示され、成形体４０の幅方向が矢印Ｖ２で示されている。成形体４０の厚み方向は、押出成形金型１の上下方向と等しい。成形体４０の幅方向は、押出成形金型１の幅方向と等しい。押出成形金型１の幅方向は、流れ方向及び上下方向と垂直な方向である。

図４に示すように、成形体４０は、コア部４１とスキン部４２とを備えている。スキン部４２はコア部４１を覆う。成形体４０は中空部４３を有している。スキン部４２は成形体４０の外面に配置される。スキン部４２は、成形体４０の表面、裏面及び側面に配置される。スキン部４２は筒状であってよい。コア部４１は成形体４０の内部に配置される。コア部４１は、外周がスキン部４２に被覆されている。コア部４１は、流れ方向から見た場合に、成形体４０の表面で露出し得る。中空部４３は、コア部４１の内部に形成されていてよい。中空部４３は空洞である。中空部４３は、コア部４１内に流れ方向に沿って伸びる棒状の空洞であり得る。成形体４０には、複数の中空部４３が設けられている。成形体４０では、スキン部４２が強度及び耐久性に優れた材料で形成され、コア部４１が軽量でコストの安い材料で形成され得る。そのため、成形体４０の性能が向上する。また、成形体４０では、中空部４３が存在することにより、更なる軽量化と低コスト化が図られる。そのため、成形体４０の性能がさらに向上する。

成形体４０は、コア部４１を形成するためのコア材料３１と、スキン部４２を形成するためのスキン材料３２とによって形成される。成形体４０の形成には、押出成形装置５０が用いられる。

図２の押出成形装置５０は、成形体４０を製造する装置である。押出成形装置５０は、窯業系の成形体４０を形成し得る。押出成形装置５０は、板状の成形体４０を形成し得る。押出成形装置５０は、好ましくは、窯業系建築板を製造することができる。押出成形装置５０は、成形材料３０を押し出して成形体４０を形成する。成形体４０は、流れ方向に沿って長尺の建材となり得る。押し出された成形体４０は、流れ方向の適宜の場所で切断されて、寸法が整えられる。

図２に示すように、押出成形装置５０は、押出し機５１として、第１押出し機５１Ａと第２押出し機５１Ｂとを備えている。第１押出し機５１Ａ及び第２押出し機５１Ｂは、窯業系材料の押出し成形に使用可能な押出し機が利用される。第１押出し機５１Ａは、コア材料３１を押し出す機械である。第２押出し機５１Ｂは、スキン材料３２を押し出す機械である。押出成形装置５０は、第１押出し機５１Ａ及び第２押出し機５１Ｂの下流に押出成形金型１を備えている。

押出し機５１は、パグ部５２とオーガ部５４とを備えている。ここで、図２においては、第１押出し機５１Ａの構成には数字にＡが足された符号が、第２押出し機５１Ｂの構成には数字にＢが足された符号が、それぞれ括弧書きで示されている。例えば、パグ部５２は、第１押出し機５１Ａではパグ部５２Ａと表記され、第２押出し機５１Ｂではパグ部５２Ｂと表記されている。また、オーガ部５４は、第１押出し機５１Ａではオーガ部５４Ａと表記され、第２押出し機５１Ｂではオーガ部５４Ｂと表記されている。図２及び以下の説明においては、その他の構成も同様の符号が付されている。第１押出し機５１Ａ及び第２押出し機５１Ｂにおいて、数字のみの構成で説明したものは、両方に適用できることを意味する。

押出し機５１において、パグ部５２は、材料を混練しながら下流に送り出す機能を有する。オーガ部５４は、材料を押出成形金型１に押し出す機能を有する。パグ部５２は、オーガ部５４との連結位置に、真空部５３を有している。真空部５３は、材料を脱気する機能を有する。材料の脱気により、成形体４０の外観が整い、耐久性などの品質が向上し、比重も確保される。真空部５３においては、例えば、目皿が真空部５３の上流に設けられ、材料自身でシールされて、減圧が行われる。押出し機５１は、材料投入口５５を有している。材料投入口５５は、材料を押出し機５１に投入する口である。材料投入口５５は、押出し機５１の上流に配置される。材料投入口５５はパグ部５２と接続されている。また、押出し機５１は、材料注入部５６を有している。材料注入部５６は、押出し機５１内の材料を押出成形金型１に注入する部分である。材料注入部５６は、押出し機５１の下流に配置される。材料注入部５６はオーガ部５４と接続されている。パグ部５２は、二軸スクリュー５７を有している。オーガ部５４は、一軸スクリュー５８を有している。スクリューの使用により、材料を均一性高く押し出すことができる。ここで、第１押出し機５１Ａの材料注入部５６Ａは、例えば、パイプで構成される。この材料注入部５６Ａは、中子１０に接続されている。第２押出し機５１Ｂの材料注入部５６Ｂは、外枠金型２に接続されている。なお、図２では、スクリュー方式の押出し機５１が示されているが、押出し機５１はポンプ方式であってもよい。

成形材料３０は、コア部４１を形成するためのコア材料３１と、スキン部４２を形成するためのスキン材料３２とにより構成される。コア材料３１とスキン材料３２とは別々に流れて、押出成形金型１内で合流する。図２の押出成形装置５０の例では、コア材料３１は第１押出し機５１Ａを流れる。スキン材料３２は第２押出し機５１Ｂを流れる。それぞれの材料は、材料投入口５５から投入され、パグ部５２で混練された後、真空部５３で脱気され、オーガ部５４を通って、材料注入部５６から押出成形金型１に注入される。なお、図２では、押出成形金型１内でのコア材料３１の流れが分かりやすくなるよう、押出成形金型１内のコア材料３１が通る部分が破線で示されている。また、成形材料３０の流れ方向が白抜き矢印で示されている。

図１Ａに示すように、押出成形金型１は、外枠金型２を備えている。外枠金型２は、成形体４０の外枠を形成するための金型である。外枠金型２に沿ってスキン材料３２が流れる。外枠金型２は、上側に配置される外枠金型上部２Ａと下側に配置される外枠金型下部２Ｂとを備えている。押出成形金型１は、中子１０を備えている。中子１０は、外枠金型２の内部の空洞に配置されている。中子１０は、外枠金型上部２Ａと外枠金型下部２Ｂとの間に配設されている。中子１０は、外枠金型２の内部で固定されている。

押出成形金型１は、中空ピン１１を備えている。中空ピン１１は成形体４０の中空部４３を形成する機能を有する。中空ピン１１は棒状体で構成され得る。中空ピン１１は流れ方向に延伸している。押出成形金型１は、中空ピン１１を複数有することが好ましい。中空ピン１１は、中子１０の本体である中子本体１２に連結していることが好ましい。その場合、中子１０は中空ピン１１を備えることになる。中子本体１２には、中空ピン１１は含まれない。

図３に、中子１０の一例が示されている。この中子１０は複数の中空ピン１１を有している。複数の中空ピン１１は幅方向に並んでいる。中空ピン１１は、中子本体１２の先端部に連結されている。図３では、中空ピン１１の延伸軸１１ｙが破線で示されている。

図１及び図３で示すように、中子本体１２は、下流になるほど上下方向の幅が小さくなる集結部１３を有している。図１では、集結部１３の上流側の端部が破線で示されている。集結部１３は、上流において分離されたスキン材料３２を集結させる機能を有する。集結部１３は、中子１０の下流側に配置されている。集結部１３は、上半分が上集結部１３Ａとなり、下半分が下集結部１３Ｂで構成されている。上集結部１３Ａと下集結部１３Ｂとの間に、コア材料３１が流れる流路（コア材料流路２１）が配置されている。図３に示すように、集結部１３の上面１３ａは、下流に向かって下り傾斜する傾斜面となっている。集結部１３の下面１３ｂは、下流に向かって上がり傾斜する傾斜面となっている。集結部１３の上面１３ａには、上方に段状に突出する突出段部１４が複数配置されている。集結部１３の下面１３ｂにも、下方に段状に突出する突出段部１４が複数配置されていてよい。複数の突出段部１４の間には、突出段部１４の隙間で形成された間隙１４ａが配置されている。このように、突出段部１４及び間隙１４ａが設けられることにより、スキン材料３２の流れがスムーズになる。集結部１３の上流側の端部には、幅方向に伸びる突条部１５と、集結部１３の表面（上面１３ａ）の傾斜面と面一になるように突条部１５が切り欠かれた切欠部１６とが配置されている。切欠部１６は、集結部１３の上流側端部の両端部に設けられている。図３では、集結部１３の上面１３ａの突条部１５及び切欠部１６が図示されているが、突条部１５及び切欠部１６は、集結部１３の下面１３ｂにも設けられていてよい。突条部１５と切欠部１６とが設けられることで、材料不足によって成形不良の発生しやすい幅方向の端部にスキン材料３２が供給されやすくなる。そのため、良好な成形が行われる。

集結部１３の先端には、コア材料３１が流入するコア材料流入口１７が配置されている。コア材料流入口１７は、開口によって形成される。コア材料流入口１７は、第１押出し機５１Ａの材料注入部５６Ａと流路（コア材料流路２１）を介して接続されている。コア材料流入口１７は、中空ピン１１の周囲に設けられている。

図１に示すように、押出成形金型１は、成形材料３０が流れる流路２０を有する。流路２０は、コア材料３１が流れるコア材料流路２１と、スキン材料３２が流れるスキン材料流路２２とを有する。コア材料流路２１は、中子１０内に配置されている。スキン材料流路２２は、外枠金型２と中子１０との間の隙間で形成され得る。スキン材料流路２２は、中子１０の上側に配置されたスキン材料流路２２ａと、中子１０の下側に配置されたスキン材料流路２２ｂとを有する。スキン材料流路２２ａは、中子１０と外枠金型上部２Ａとの間の隙間で形成されている。スキン材料流路２２ｂは、中子１０と外枠金型下部２Ｂとの間の隙間で形成されている。スキン材料流路２２は、中子１０の側方に設けられていてもよい。その場合、中子１０の外周にスキン材料流路２２が設けられ得る。そのため、スキン材料３２がコア材料３１を包み込みやすくなる。第２押出し機５１Ｂから外枠金型２に注入されたスキン材料３２は、外枠金型２の内面に沿って下流に流れる。

スキン材料流路２２とコア材料流路２１とは、コア材料流入口１７付近で合流する。この合流地点が、合流部２３となる。合流部２３では、コア材料３１とスキン材料３２とが合流する。合流部２３よりも下流は、外枠金型２に囲まれた筒状の流路２０を成形材料３０が流れる。このとき、中空ピン１１が存在することにより、中空ピン１１の外周形状が反映されて中空部４３の成形が行われる。そして、外枠金型２の出口２ｐから成形後の成形材料３０が出される。外枠金型２の出口２ｐは、押出成形金型１の出口と言える。中空ピン１１の断面形状は、四角形（例えば正方形、長方形、菱形）、六角形、八角形などの多角形や、円形、楕円形などの曲線を有する形状、星形など、適宜の形状であってよい。中空ピン１１の断面形状は、中空部４３の形状に反映される。図４の成形体４０では、角部がやや丸まった四角形の中空部４３が図示されている。

図１に示すように、押出成形金型１は、外枠金型２の出口付近に、成形材料３０の流路２０が中空ピン１１の延伸軸１１ｙに向かって大きくなる拡大流路部３を有している。拡大流路部３の存在により、コア材料３１は外枠金型２の出口２ｐの手前において減圧される。そのため、コア材料３１は、拡大流路部３において中空ピン１１側に膨張しやすくなる。このように、あらかじめ外枠金型２の出口２ｐから出る前に外枠金型２内でコア材料３１を膨張させておくことで、外枠金型２のから出たときのコア材料３１の膨張が抑制され、スキン材料３２に対する押し広げが抑制される。それにより、成形不良が低減される。拡大流路部３では、外枠金型２の内面の形状は、拡大流路部３よりも上流の形状が維持されていていよい。なお、中空ピン１１の延伸軸１１ｙとは、中空ピン１１の中心付近を通り、中空ピン１１が延伸する方向に進む仮想の直線である。中空ピン１１の延伸軸１１ｙは流れ方向に延伸する。中空ピン１１の延伸軸１１ｙは、成形体４０の中空部４３の中心付近を延伸し得る。

図１の例では、拡大流路部３は、外枠金型２の出口付近において中空ピン１１の断面積が小さくなる構造を有している。中空ピン１１の断面積が小さくなることで、流路２０が外枠金型２の出口付近で拡大する。図１は、拡大流路部３を形成する構造を有する中空ピン１１の一例である。

図１で示される中空ピン１１は、基部１１Ａと、テーパー部１１Ｂと、突出部１１Ｃとを備えている。基部１１Ａは、合流部２３の下流において中空ピン１１が中空部４３を形成するために流れ方向に延伸する部分である。基部１１Ａは、中空ピン１１の延伸方向に垂直な方向での断面形状が延伸方向にわたって略同じであってよい。基部１１Ａは中子本体１２と連結されていてよい。

テーパー部１１Ｂは、基部１１Ａよりも下流（先端側）に配置され、先端に向かうにつれて断面積が小さくなるように先細りする部分である。テーパー部１１Ｂでは、中空ピン１１の断面積が徐々に小さくなる。このようにテーパー部１１Ｂが設けられていると、コア材料３１を徐々に減圧して穏やかに膨張させることができるため、一気に膨張させる場合に比べて、コア材料３１がスキン材料３２から剥離することが抑制される。

突出部１１Ｃは、テーパー部１１Ｂの下流（先端側）に配置さている。突出部１１Ｃは、延伸方向において断面積が略同じに形成されている。突出部１１Ｃは、テーパー部１１Ｂの先端から下流に突出している。突出部１１Ｃは、基部１１Ａよりも小さい断面積で流れ方向に延伸している。このように突出部１１Ｃが設けられていると、減圧により膨張したコア材料３１の形状が整えられるため、中空部４３の形状が安定した成形体４０が得られやすくなる。

中空ピン１１の先端１１ｐは、外枠金型２の出口２ｐとほぼ同じ位置に配置されている。中空ピン１１の先端１１ｐと外枠金型２の出口２ｐとの位置が揃うことで、成形不良がより抑制されやすくなる。

成形体４０は、押出成形金型１を用いて成形材料３０を押し出すことで製造される。成形材料３０は、スキン部４２を形成するスキン材料３２と、コア部４１を形成するコア材料３１とを含んでいる。ここで、コア材料３１は、膨張性を有する材料が用いられ得る。押出成形金型１は、コア材料３１が膨張性を有する場合に有効である。コア材料３１の膨張性は、成形時に発揮されるものであってよい。コア材料３１は、押出成形時に圧縮され、押出成形金型１から出るときに圧縮から開放され得る。コア材料３１の膨張性は、押出成形の圧力が開放される際に発生し得る。スキン材料３２が、成形時に膨張性を有していてもよい。ただし、コア材料３１の膨張性がスキン材料３２の膨張性よりも大きい方が拡大流路部３は効果的である。拡大流路部３を有する押出成形金型１は、コア材料３１がスキン材料３２よりもスウェル比が大きいときに有効だからである。スウェル比とは断面積が大きくなる比率である。コア材料３１及びスキン材料３２は押出成形時に圧縮され得る。コア材料３１の圧縮率が、スキン材料３２の圧縮率よりも大きい場合に、押出成形金型１はより有効である。圧縮された材料は金型から出るときに元に戻ろうとするため、コア材料３１の圧縮率が高いと、コア材料３１がスキン材料３２を押し広げやすくなるからである。

成形体４０の製造にあたっては、スキン材料３２を第２押出し機５１Ｂの材料投入口５５Ｂから投入し、スキン材料３２を押し出して、押出成形金型１の外枠金型２に注入する。それと同時に、コア材料３１を第１押出し機５１Ａの材料投入口５５Ａから投入し、コア材料３１を押し出して、押出成形金型１の中子１０に注入する。

コア材料３１及びスキン材料３２に用いる成形材料としては、適宜のセメント系成形材料が使用される。セメント系成形材料から窯業系成形体が得られる。セメント系成形材料の具体例としては、例えば、セメント、シリカ、補強繊維及び水などが配合された混合物が挙げられる。上記のセメントとしては、ポルトランドセメント、高炉セメント、アルミナセメント、フライアッシュセメントなど公知のセメントが使用できる。シリカは、珪酸質原料であり、適宜のシリカが用いられる。補強繊維としては、例えばパルプ繊維等の天然繊維、ビニロン、ポリプロピレン等の有機繊維や、ガラス繊維、ロックウール、炭素繊維等の無機繊維が挙げられる。セメント系成形材料には、上記列挙した補強繊維のうちの一種のみが含まれていてもよいし、二種以上が含まれていてもよい。また、セメント系成形材料には、骨材、軽量骨材、減水剤、増粘剤、その他の添加剤が含まれていてもよい。例えば、マイカや、その他の軽量化の骨材が含まれてもよい。セメント系成形材料を構成する各成分の配合比率や混合方法は特に制限されず、製造する窯業系成形体に要求される物性や使用用途に応じて適宜設定することができる。なお、窯業系成形体を形成するための成形材料としては、セメント系成形材料に限られることはなく、その他の水硬性無機質材料、セラミック材料、粘土等の焼成材料などを用いることができる。

成形体４０において、コア材料３１及びスキン材料３２として用いる材料は上記セメント系成形材料が適用可能であるが、コア材料３１とスキン材料３２とは、異なる材料として定義される。例えば、コア材料３１とスキン材料３２とは、含有成分が互いに異なるものであってよい。また、コア材料３１とスキン材料３２とは含有する成分が同じで各成分の含有量が異なっていてもよい。例えば、固形分における組成（成分及び含有量）は同じで、コア材料３１がスキン材料３２よりも水をより多く含むことによって、これらは異なる材料となり得る。コア材料３１がスキン材料３２よりも水を多く含むと、コア材料３１が軽量になり固形分の材料も少なくなるため、成形体４０の軽量化及び低コスト化を図ることができる。

また、コア材料３１とスキン材料３２とは、空気含有率が異なるものであってもよい。この場合、コア材料３１とスキン材料３２とは、固形分の組成は同じで固形分に対する水分比率が異なるものであってもよいし、さらには、空気含有率以外が同じ組成のものであってもよい。それにより、成形材料から容易に、物性の異なるコア材料３１とスキン材料３２とが形成される。例えば、コア材料３１がスキン材料３２よりも空気を多く含むと、コア材料３１が軽量になり固形分の材料も少なくなるため、成形体４０の軽量化及び低コスト化を図ることができる。空気含有率は、押出し機５１で行われる減圧の真空度の違いによって制御され得る。例えば、コア材料３１の真空度（減圧の度合）をスキン材料３２の真空度（減圧の度合）よりも低くする。すなわち、第１押出し機５１Ａの真空部５３Ａの圧力が、第２押出し機５１Ｂの真空部５３Ｂの圧力よりも高くなるようにする。すると、コア材料３１は、空気の含有率がスキン材料３２よりも高くなる。ここで、コア材料３１の真空度が低いと、コア材料３１として柔らかい材料（一般的に粘度が低い材料又は比重が低い材料）を用いた場合でも、容易に真空引き（減圧）することが可能となり、コア材料３１の脱気が容易になる。例えば、水を多く含むコア材料３１では、粘度が低くなるため、真空度が高まると、真空装置がコア材料３１を吸い込んでしまうおそれがあるが、真空度が低くなることにより、その現象が抑制される。さらに、コア材料３１は、成形体４０の内部に配置されて成形体４０の外周表面には現れないため、コア材料３１が空気を多く含むことで成形体４０のコア部４１に気泡が残存したとしても、品質の問題は発生しにくい。このように、コア材料３１の真空度を低くすることに利点がある。

成形体４０の製造において、スキン材料３２はスキン材料流路２２に流入される。コア材料３１はコア材料流路２１に流入される。スキン材料流路２２を流れるスキン材料３２は、途中で分岐されて上側のスキン材料流路２２ａと下側のスキン材料流路２２ｂとを流れる。スキン材料３２は中子１０の外周を流れていてもよい。コア材料流路２１を流れるコア材料３１は中空ピン１１が配置された下流に向かって流れる。そして、スキン材料３２とコア材料３１とが押出成形金型１内で合流する。合流は、合流部２３において行われる。具体的には、集結部１３において、上側のスキン材料流路２２ａを流れるスキン材料３２が下側に向かい、下側のスキン材料流路２２ｂを流れるスキン材料３２が上側に向かう。そして、スキン材料流路２２ａ、２２ｂ及びコア材料流路２１が合流する地点において、スキン材料３２とコア材料３１とが合流する。このとき、スキン材料３２は、コア材料３１の周囲に配置される。コア材料３１は中空ピン１１の周囲に配置される。

図１Ｂに示すように、合流後の流路２０を流れる成形材料３０はさらに下流に向かって流れる。下流に向かって流れる成形材料３０は、外枠金型２の出口２ｐ付近の拡大流路部３に到達する。そして、拡大流路部３において、中空ピン１１の延伸軸１１ｙ側にコア材料３１が膨張する。このとき、拡大流路部３において、スキン材料３２は、外枠金型２によって周囲が囲まれているため、コア材料３１はスキン材料３２を押し広げる方向に膨張できず、中空ピン１１に向かう方向に膨張する。そのため、スキン材料３２の押し広げによるスキン部４２の亀裂や引き裂きが抑制される。また、スキン部４２とコア部４１との剥離が抑制される。拡大流路部３の後、成形材料３０は押出成形金型１から出される。以上により、成形体４０の成形が行われる。

押出成形金型１から押し出された成形体４０は、通常、プレス成形、切削加工、養生処理、化粧塗装などの複数の工程を経て、窯業系の板材となり得る。プレス成形では、表面に凹凸模様が付与され得る。なお、押出成形金型１の出口に模様付けロールを配置させて、押し出された成形材料３０に即時に凹凸模様を施してもよい。

図５は、押出成形金型１及びそれを用いた押出成形の他の例が示されている。図５は図５Ａ〜図５Ｈから構成される。図５に示される押出成形金型１では、図１の例と同様に、中空ピン１１は、外枠金型２の出口付近において断面積が小さくなっている。拡大流路部３は、中空ピン１１の断面積が小さくなる構造によって形成されている。上記と同様の構成については、同じ符号が付されている。白抜き矢印は流れ方向を示す。

図５Ａの押出成形金型１では、中空ピン１１は、基部１１Ａ及びテーパー部１１Ｂを有している。この中空ピン１１は、上記で説明した突出部１１Ｃを有していない。中空ピン１１の先端１１ｐにはテーパー部１１Ｂの先端の端面１１ｑが配置されている。図５Ｂは、図５Ａの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図５Ｃの押出成形金型１では、中空ピン１１は、基部１１Ａ及びテーパー部１１Ｂを有している。この中空ピン１１は、上記で説明した突出部１１Ｃを有していない。中空ピン１１の先端１１ｐは、先細りして尖ったテーパー部１１Ｂの先端で構成されている。図５Ｄは、図５Ｃの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図５Ｅの押出成形金型１では、中空ピン１１は、基部１１Ａ及び突出部１１Ｃを有している。この中空ピン１１は、上記で説明した先細りするテーパー部１１Ｂを有していない。突出部１１Ｃは、基部１１Ａの先端から基部１１Ａよりも小さい大きさで下流に向かって突出している。突出部１１Ｃの断面積は基部１１Ａの断面積よりも小さい。そのため、基部１１Ａと突出部１１Ｃとの境界部分で流路２０が広がって、外枠金型２の出口付近に、拡大流路部３が設けられている。図５Ｆは、図５Ｅの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図５Ｇの押出成形金型１では、中空ピン１１は、図１と同様に、基部１１Ａとテーパー部１１Ｂと突出部１１Ｃとを備えているが、中空ピン１１の先端１１ｐは、外枠金型２の出口２ｐよりも下流に配置されている。中空ピン１１の先端１１ｐは、外枠金型２からはみ出しているといってよい。ただし、テーパー部１１Ｂは、外枠金型２の出口２ｐよりも上流に配置されている。そのため、中空ピン１１は外枠金型２の出口２ｐの手前で断面積が小さくなる。それにより、外枠金型２の出口付近において流路２０が広がり、拡大流路部３が設けられている。このように、中空ピン１１の先端１１ｐの位置は、外枠金型２の出口２ｐの位置からずれていてもよい。さらには、中空ピン１１は、先端１１ｐが外枠金型２の出口２ｐよりも外側に飛び出ていてもよい。要するに、外枠金型２の出口２ｐの手前で、流路２０が拡大すれば、拡大流路部３が設けられ、良好な成形が行われる。図５Ｈは、図５Ｇの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図５Ｂ、図５Ｄ、図５Ｆ及び図５Ｈで示すように、図５に示す形態においても、拡大流路部３が設けられているため、コア材料３１が外枠金型２から出る前に膨張するので、スキン材料３２への押し広げが抑制され、良好に成形が行われる。

図６は、押出成形金型１及びそれを用いた押出成形の他の例が示されている。図６は図６Ａ〜図６Ｆから構成される。図６では、拡大流路部３は、外枠金型２の出口２ｐよりも上流に中空ピン１１の先端１１ｐが配置される構造を有している。このように、中空ピン１１の先端１１ｐが外枠金型２の内部に位置する場合も、成形材料３０が流れる流路２０が拡大するため、拡大流路部３が形成される。上記と同様の構成については、同じ符号が付されている。白抜き矢印は流れ方向を示す。

図６Ａの押出成形金型１では、中空ピン１１は基部１１Ａの断面積を維持したまま、下流に突出している。この中空ピン１１は、上記で説明した先細りするテーパー部１１Ｂ及び基部１１Ａよりも断面積が小さくなる突出部１１Ｃを備えていない。中空ピン１１は、外枠金型２の開口から引っ込んでいるといえる。図６Ｂは、図６Ａの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図６Ｃの押出成形金型１では、中空ピン１１は基部１１Ａとテーパー部１１Ｂと突出部１１Ｃとを備えている。中空ピン１１の形状は、図１で示されるものと同様であってよい。ただし、図６Ｃで示される中空ピン１１は、先端１１ｐが外枠金型２の出口２ｐよりも上流に位置している点で、図１とは異なる。図６Ｄは、図６Ｃの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図６Ｅの押出成形金型１では、中空ピン１１は基部１１Ａとテーパー部１１Ｂとを備えているが、上記で説明した突出部１１Ｃは備えていない。図６Ｅの押出成形金型１の中空ピン１１は、図５Ａのものと同じ形状であるが、先端１１ｐの位置において異なっている。図６Ｆは、図６Ｅの押出成形金型１を用いて押出成形する様子を示している。

図６Ｂ、図６Ｄ及び図６Ｆで示すように、これらの形態においても、拡大流路部３が設けられているため、コア材料３１が外枠金型２から出る前に膨張するので、スキン材料３２への押し広げが抑制され、良好に成形が行われる。図６Ｃ及び図６Ｅでは、拡大流路部３は、外枠金型２の出口付近において中空ピン１１の断面積が小さくなる構造、及び、外枠金型２の出口２ｐよりも上流に中空ピン１１の先端１１ｐが配置される構造の両方を有している。

図５及び図６から理解されるように、押出成形金型１は、外枠金型２の出口付近に、成形材料３０の流路２０が中空ピン１１の延伸軸１１ｙに向かって大きくなる部分（拡大流路部３）を有すればよい。図５及び図６から、その他の種々の変形例も理解されるであろう。

図１に示される押出成形金型１を使用して押出成形を行った。成形材料３０としては、次のものを使用した。

スキン材料として、質量比で、セメント４３部、珪酸質原料４３部、パルプ５部、添加剤１部を混合し、この混合物の固形分合計１００部に対して、水を４０部加えたものを用いた。また、コア材料として、質量比で、セメント４３部、珪酸質原料４３部、パルプ５部、添加剤１部を混合し、この混合物の固形分合計１００部に対して、水を６０部加えたものを用いた。スキン材料とコア材料とは、固形分の組成は同じであるが、水の含有率が異なる。

比較例として、図７Ａの押出成形金型１αを準備した。図７は図７Ａ〜図７Ｃから構成される。図７Ａに示すように、比較例の押出成形金型１αは拡大流路部３を有していない。中空ピン１１は断面積が同じまま外枠金型２の出口２ｐの位置まで下流に突出している。図７Ａの押出成形金型１αは、中空ピン１１の形状以外は、図１の例の押出成形金型１と同じであってよい。

図７Ａの押出成形金型１αで押出成形を行ったところ、図７Ｃに示される成形体４０αが得られた。この成形体４０αでは、成形体４０αの幅方向の端部におけるスキン部４２αとコア部４１αとの境界部分において、スキン部４２αの引き裂き４４が見られた。図７Ｂに、図７Ａの押出成形金型１αを用いた押出成形の模式図が示されている。図７Ｂに示されるように、図７Ａの押出成形金型１αでは、押出成形金型１αから成形材料３０が出たときに、コア材料３１が外側に膨張し、スキン材料３２が押し広げられる（図の線矢印参照）。そのため、スキン材料３２の引き裂きが発生したと考えられる。

一方、図１の押出成形金型１による押出成形では、スキン部４２の引き裂きが発生しなかった。これは、図１Ｂに示されるようにコア材料３１が外枠金型２の出口２ｐの手前で内側に膨張したからと考えられる。よって、拡大流路部３により、成形不良が抑制されることが確認された。また、図１の押出成形金型１を用いた場合、金型から出た後の膨張がなく、成形体４０の地合も良好であった。

なお、図１の押出成形金型１を用いる場合、コア材料３１の膨張を考慮して、中空ピン１１の基部１１Ａは、図７の押出成形金型１αの中空ピン１１よりも径が大きく形成されてもよい。

１ 押出成形金型
２ 外枠金型
３ 拡大流路部
１１ 中空ピン
１１ｙ 延伸軸
３０ 成形材料
３１ コア材料
３２ スキン材料
４０ 成形体
４１ コア部
４２ スキン部
４３ 中空部

Claims (3)

1. 成形材料の押し出しにより、中空部を有し、コア部とこのコア部を覆うスキン部とを備えた成形体を形成する押出成形金型であって、
   前記成形体の外枠を形成する外枠金型と、
   前記成形体の前記中空部を形成する中空ピンとを備え、
   前記外枠金型の出口付近に、前記成形材料の流路が流れ方向に延伸する前記中空ピンの延伸軸に向かって大きくなる拡大流路部を有し、
   前記拡大流路部は、前記外枠金型の前記出口付近において前記中空ピンの断面積が徐々に小さくなる構造を有することを特徴とする押出成形金型。
2. 前記拡大流路部は、前記外枠金型の出口よりも上流に前記中空ピンの先端が配置される構造を有することを特徴とする請求項１に記載の押出成形金型。
3. 請求項１又は２に記載の押出成形金型を用いて前記成形材料を押し出して前記成形体を製造する成形体の製造方法であって、
   前記成形材料は、前記スキン部を形成するスキン材料と、前記コア部を形成するコア材料と、を含み、
   前記スキン材料と前記コア材料とを前記押出成形金型内で合流させ、
   前記拡大流路部において、前記中空ピンの延伸軸側に前記コア材料を膨張させ、
   前記成形材料を前記押出成形金型から出すことを特徴とする成形体の製造方法。

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