JPH0872036A - 大型薄肉のセラミック板体の成形方法および成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 密度が均一で内部歪に起因する割れ等の生ず
ることのない大型薄肉のセラミック板体を成形する。 【構成】 練土状の可塑性セラミック組成物Ｗを出発原
料とし、この出発原料を真空押出し成形機あるいは真空
土練機１１により、角柱状、円柱状あるいはその他の形
状に押出し成形した成形体Ｗa をプレス機１３により加
圧成形することにより、内部歪みを除去し、かつ密度の
均一な加圧成形体Ｗb に成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主に建築用材料に用
いられる内外装用タイルをはじめ、その他各種セラミッ
クで、特に、大型で薄肉のセラミック板体の成形方法と
その成形型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大型のセラミック平板を成形
する方法で代表的なものは、粉体を加圧する乾式プレス
成形が挙げられる。この場合、大型平板、例えば９００
×９００mmサイズの平板を成形するためには２，０００
ton 以上の成形圧力が必要となり、このため、製造設備
が大掛かりとなりコストアップの原因となっていた。ま
た、この乾式プレス成形による場合、大型品になればな
るほど、成形体の密度の均一性を確保するために、原料
粉末の型への投入、加圧、脱型時に種々の工夫が必要と
なり、工程管理が複雑となり、また、大型になればなる
ほど、サイクルタイムが長くなりコストアップの原因と
なっていた。さらに、同サイズで肉厚が例えば８mm以下
の板体を成形しようとした場合、板体の密度の均一性、
板体のハンドリング性等の点から殆ど不可能であった。

【０００３】また、他の成形方法としては鋳込み成形方
法（スリップキャスティング成形方法）があるが、しか
しながら、この鋳込み成形方法では、サイクルタイムが
長く、また、自動化が困難なことから、コスト的に有効
な成形方法とはいえず、また、同成形方法では大型で薄
肉の板体を成形しようとしても、板体の密度の均一性が
得られないことから、この成形方法で工業的に大型・薄
肉の板体を製造している例は殆どないのが現状であっ
た。

【０００４】そこで、大型・薄肉の板体を成形する方法
として、近年最も多く採用されている方法としてロール
圧延方法がある。このロール圧延方法により大型・薄肉
の板体を成形する方法として、例えば特開昭51-34213号
公報に開示されたものがある。この公報に開示されたも
のは、可塑性土を真空土練機により円曲線を有する形状
に押出し、しかる後、平板状に開き、この平板をローラ
により圧延して平板に形成する方法である。しかし、こ
の場合、押出し成形の際に、口金と可塑性土との流動抵
抗の違いによって生ずる密度差、内部歪を完全に取除く
ことが困難であることから、例えば特公昭61-30887号公
報の方法が開発されている。

【０００５】この特公昭61-30887号公報に開示されたも
のは、図６に示すように、らせん溝３を有する対をなす
圧延ローラ１，２で圧延し、内部歪みを取除く方法であ
る。

【０００６】また、特公昭50-24967号公報に開示された
ものは、材料棒から切断された部分を最初に少なくとも
流れ方向にある対ロールを通し、そして続いて元の方向
に対し９０度の方向に対ロールを通すことを特徴とする
可塑性陶磁塊を押出成形機により棒状に押し出して個々
の切片となし、これを対ロール間を数回通過させて広い
面のパネルの長さおよび厚さに適合するように延ばす方
法である。

【０００７】また、さらには、特開平1-258904号公報の
ものがあり、この公報に開示された技術内容は、図７に
示すように、練土後の可塑性を有する陶磁器原料組成物
Ｗを真空押出し機４の円筒状の口金５から押出された円
筒状成形体６を、縦方向に切開して板状体７とし、さら
に、この板状体７をその押出し方向と同方向に、ロール
８の中央線に向かって相互に相反する方向に送りを有す
るらせん状溝９を圧面に有する複数のロール対８の間を
通して所定の厚さの板状成形体７ａとし、次いで、圧延
成形体７ａに上記と同様に圧延成形された板状成形体７
ｂを、相互に圧延された方向ａが直角となるように重ね
合わせ、再度圧延ロール８を通して所定の厚さの圧延成
形体１０に成形する方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この可
塑性土を真空土練機等により円曲線を有する形状に押出
し、これを平板状に展開し、さらに、圧延ロールにより
圧延する方法においては、真空土練機により押出し成形
する際に、流動抵抗の違いにより生ずる密度差、内部歪
を除去することが困難で、その除去のため上記したよう
な各種の開発がなされてきた。そのため、圧延ロールに
よる圧延工程においては数種の圧延ロールを通さなけれ
ばならなくなり、その工程は極めて複雑なものとなり、
また、複数の圧延成形体を重ね合わせて圧延したり、さ
らに、圧延方向を９０度変えて圧延する等の工程操作が
必要となり、製造ラインが複雑となる問題があった。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点を解決すべく
なされたもので、密度が均一で内部歪に起因する割れ等
の生ずることのない大型薄肉のセラミック板体の成形方
法および成形型を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術課題
を解決するため、練土状の可塑性セラミック組成物を出
発原料とし、この出発原料を真空押出し成形機あるいは
真空土練機により、角柱状、円柱状あるいはその他の形
状に押出し成形した成形体をプレス機により加圧成形す
ることにより、内部歪みを除去し、かつ密度の均一な加
圧成形体に成形する大型薄肉のセラミック板体の成形方
法であり、また、プレス機の上下型の成形面を通気性を
有する実質的に空気の通気部材により形成した大型薄肉
のセラミック板体の成形型である。

【００１１】

【作用】上記のように真空押出し成形機等により成形し
た成形体をプレス機により加圧成形することにより、内
部歪みを除去し、かつ密度の均一な加圧成形体に成形す
ることが可能であり、さらに、プレス機の上下型の成形
面を実質的に空気を透過可能の通気部材で形成したこと
により、加圧成形過程での空気の巻込みを防止する。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明すると、図１は本発明に係わる大型薄肉のセラミッ
ク板の成形工程の略体図を示すもので、練土状の原料Ｗ
は、予めセラミックス原料組成物およびその他の原料と
水を所定量に混合し調製したものを用い、この時の含水
率は乾燥原料粉末重量ベースで２０〜３０％が好まし
い。図１(a) は真空押出し成形機あるいは真空土練機１
１を示すもので、同成形機１１から練土状の可塑性セラ
ミック組成物Ｗが口金１２を介して所定の形状の成形体
Ｗa に押出し成形される。この場合の成形体Ｗa の形状
はとくに限定せず、例えば円柱状、角柱状あるいは円筒
状に押出し、同円筒状成形体を平板状に展開する等各種
に成形される。なお、本例では図１(b) に示すように角
柱状に成形して例示した。また、この押出し成形の際に
は、通常の真空押出し成形機による成形と同様に充分に
真空度を確保し、成形される成形体Ｗa 内に気泡等が残
留しないように成形される。

【００１３】このように成形された成形体Ｗa は、上型
１４と下型１５とからなるプレス機１３の、下型１５上
に載置され（図１(c))、上型１４を所定のストロークで
降下して成形体Ｗa を加圧することで（図１(d))、同成
形体Ｗa は所定の厚さｔを有し、略円形状の加圧成形体
Ｗb に成形される（図１(e))。この場合、プレス機１３
の構造は特に限定されず、成形体Ｗa を所定の厚さｔに
加圧成形できれば良い。

【００１４】なお、図１中のプレス機１３は、上型１４
と下型１５のみからなる構造のものを示したが、これ
は、従来の乾式プレス成形に用いられるような図２に示
す上型１４，下型１５，型枠１６からなるプレス機１３
を用いた場合、成形体Ｗa が圧延される過程で、型枠１
６により成形体Ｗa が堰止められ、成形体Ｗa の流動が
規制されて所定の厚さｔに成形できない場合があるため
で、上下型１４，１５の外周は型枠１６のない開放され
た構造が望ましい。しかし、成形体Ｗa が所定厚さｔの
成形体Ｗb に圧延された段階で成形体Ｗb が型枠１６に
堰止められないようにプレス前の成形体Ｗa の形状が考
慮されていれば、従来の乾式プレスで用いられるような
図２に示す上型１４，下型１５，型枠１６からなるプレ
ス機１３でも成形は可能である。なお、この場合、成形
面１４ａ，１５ａは必ずフラットである必要はなく、例
えば凹凸を付与することにより、加圧成形体Ｗb の表面
にそれに応じた凹凸模様をつけることが可能であり、種
々の変形が可能である。

【００１５】そして、図１(f) に示すように、加圧成形
体Ｗb の外周部を切断して、例えば図１(g) のように略
方形状に切断成形し、乾燥工程において乾燥させる。な
お、上記の方法で、せっ器質タイル素地の組成物を例え
ば幅８００mm、長さ１２００mm、厚さ４mmに成形し、含
水率が１％以下になるまで乾燥させ、この成形体を５０
mm角の小片に分割し、それぞれの嵩比重を測定した結
果、 嵩比重（ｎ＝５０） １．９１ 標準偏差（σn-1 ） ０．０１２６ を結果を得た。なお、測定方法はＪＩＳ Ｒ２２０５に
準拠するものであり、媒液にはケロシンを用いた。この
測定結果から、加圧成形体Ｗb が非常に嵩比重のバラツ
キが小さく密度が均一なことが分かる。

【００１６】このように、練土状の可塑性セラミック組
成物Ｗを角柱状、円柱状あるいはその他の形状に押出し
成形し、この成形体Ｗa をプレス成形して、所定の厚さ
ｔの加圧成形体Ｗb とし、これを所定の形状に切断し
て、例えば幅８００mm、長さ１２００mm、厚さ４mmの大
型で薄肉としたセラミック平板が、非常に密度が均一
で、内部歪に起因する乾燥の際の変形、割れ等の欠点が
極めて少ないという結果を得た。

【００１７】したがって、本例によれば、従来の方法に
比べ以下のメリットがある。すなわち、従来の乾式プレ
ス成形では成形不可能であった大型で、しかも薄肉のセ
ラミック平板を低い加圧力により成形することができ
る。すなわち、例えば幅８００mm、長さ１２００mm、厚
さが４mmの加圧成形体Ｗb を乾式プレス成形方法で成形
しようとした場合（実際には乾式プレス成形では成形不
可能であるが）、計算上、２０００〜３０００ton 以上
の成形圧力が必要であるが、本例方法によれば加圧圧力
は５００ton 程度で加圧成形することができ、この時の
加圧成形体Ｗb の密度も極めて均一である。

【００１８】また、実質的なプレス成形タイムは数秒間
で完了するので、サイクルタイムが短縮されてコスト的
に有利であり、例えば鋳込み成形で、石膏型中で厚さ４
mmの平板の成形が完了するのにほぼ１０分程度要するの
に比し、極めて有利である。

【００１９】また、従来の、可塑性土を真空土練機によ
り円曲線を有する形状に押出し成形し、これを平板状に
展開し、これを圧延ロールにより圧延する方法のよう
に、密度の不均一、内部歪の除去のための圧延操作を必
要とせず、単に真空押出し成形機あるいは真空土練機１
１より押出し成形した成形体Ｗa をプレス成形するのみ
で、密度が均一で、乾燥による変形、割れのない平板を
得ることができる。

【００２０】以下に、本発明の方法の効果を説明する。
一般に可塑性を有するセラミック組成物は偏平な結晶粒
子をもつ粘土質原料が主原料となるため、これを真空押
出し成形機等で押出し成形すると、成形機の口金と可塑
性土の流動抵抗のため成形体の表面層部と内部とに内部
歪が生成する。したがって、大型で薄肉の平板を押出し
成形し、乾燥、焼成すると、この内部歪により、変形も
しくは製品外周部より、容易に割れが発生する。したが
って、この内部歪を取り除くため圧延ロールで圧延する
ものであるが、可塑性土はロールとの界面で、圧縮、引
張り、剪断応力が複雑に作用するため、圧延後の成形体
に新たな内部歪を生成させ易い。また、圧延ロールの特
性として練土は進行方向のみに移動し、その直角方向に
殆ど移動しないため、得られる成形体は圧延前の押出し
成形体以上に、異方性の強いものとなる。

【００２１】この点、本例においては、真空押出し成形
機等で押出し成形された円柱、角柱もしくはその他の形
状の成形体Ｗa をプレスするのみであるため、同組成体
Ｗaには圧縮応力のみしか作用しない。また、上下型１
４，１５によりプレス成形した際、組成体Ｗa は四方に
均一に延ばされるため、押出し成形時に練土がもつ異方
性もある程度緩和される。このためプレス機１３による
成形では圧延ロールによるような内部歪み分散のための
複雑な操作は必要でなく、押出し成形後の成形体Ｗa を
単一なプレス操作のみで歪みのない密度の均一な大型で
薄肉の板体とすることができるものである。

【００２２】次に、プレス機１３の上下型１４，１５に
ついて説明する。一般的に、練土状の可塑性セラミック
組成物を角柱、円柱状あるいはその他の形状に押出し成
形して、これをプレス機１３により加圧して大型の薄肉
ｔの加圧成形体Ｗb に成形する上下型１４，１５は鉄等
をはじめとする金属材で形成されている。

【００２３】そこで、この金属材からなる上下型１４，
１５により、真空押出し成形機により押出し成形した例
えば断面形状の各辺が１０cmの角柱状成形体Ｗa を厚さ
４mmに加圧成形すると、図８に示すように、この加圧成
形体Ｗb′の表面には年輪状のしわ状のクラック１７が
発生し、製品として使用し得ない問題点があった。この
年輪状のしわ状のクラック１７の発生は、図９に示すよ
うに、成形体Ｗaが上下型１４，１５により加圧されて
いく過程で、成形体Ｗa は薄く延ばされていき、この練
土と型の成形面１４ａ，１５ａとの接触面積が拡大され
ていく。この接触面積が拡大されていく過程で、成形面
１４ａ，１５ａと練土の接触しない部分、すなわち、練
土の接触拡大されていく外周部分が押圧移動されていく
過程で空気の巻込みを生じ、同空気は成形体Ｗa に残留
し、その結果、年輪状のしわ状クラック１７を生ずると
考えられる。

【００２４】そこで、この上下型１４，１５の成形面１
４ａ，１５ａを実質的に空気を透過可能とする透過部材
により形成した。すなわち、図３に示すものは、上下型
１４，１５全体を例えば多孔質系のセラミック、石膏、
合成樹脂の通気部材１８で形成したものである。また、
図４に示すものは、金属製の上下型１４，１５の成形面
１４ａ，１５ａに、所定の肉厚の例えば多孔質系のセラ
ミック、石膏、合成樹脂の通気部材１８を貼着する構成
としたものである。また、図５に示すものは、例えば実
質的に空気を透過可能とする綿布等の所定の厚さを有す
る空気の通気部材１９を貼着する構成としたものであ
る。したがって、成形面１４ａ，１５ａをこれらの通気
部材１８，１９で形成することにより、プレス機１３に
より加圧成形する過程での成形体Ｗa への空気の巻込み
は、この空気の通気部材１８，１９を介して逃がすこと
ができ、加圧成形体Ｗb の表面に年輪状のしわ状クラッ
クの発生を防止することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、練土状の可塑性セラミック組
成物を出発原料とし、この出発原料を真空押出し成形機
あるいは真空土練機により、角柱状、円柱状あるいはそ
の他の形状に押出し成形した成形体をプレス機により加
圧成形することにより、内部歪みを除去し、かつ密度の
均一な加圧成形体に成形する大型薄肉のセラミック板体
の成形方法であり、これにより、乾式プレス成形では成
形不可能であった大型で、しかも薄肉のセラミック平板
を低い加圧力により成形することができる。また、実質
的なプレス成形タイムは数秒間で完了するのでサイクル
タイムが短縮されてコスト的に有利であり、生産能率を
向上することができる。また、従来の可塑性土を真空土
練機により円曲線を有する形状に押出し成形し、これを
平板状に展開し、これを圧延ロールにより圧延する方法
のように、密度の不均一、内部歪の除去のための圧延操
作を必要とせず、単に真空押出し成形機あるいは真空土
練機より押出し成形した成形体をプレス成形するのみ
で、密度が均一で、乾燥による変形、割れのない平板を
得ることができる。また、プレス機の上下型の成形面
を、通気性を有する実質的に空気の通気部材により形成
することにより、プレス機により成形した加圧成形体の
表面に空気の巻込みによる年輪状のしわ状クラックの発
生を防止して、最終製品の品質を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g) は本発明に係わる大型
薄肉のセラミック板体の成形工程の概略図である。

【図２】上型，下型，型枠からなるプレス機の構造図で
ある。

【図３】プレス機の上下型全体を空気を透過可能な多孔
質の石膏、合成樹脂、セラミック等の通気部材で形成し
た断面図である。

【図４】プレス機の上下型の成形面を空気を透過可能な
多孔質の石膏、合成樹脂、セラミック等の通気部材で形
成した断面図である。

【図５】プレス機の上下型の成形面を空気を透過可能な
綿布等の通気部材により形成した断面図である。

【図６】従来のらせん溝付きロールによる可塑性土の圧
延の説明図である。

【図７】従来の、可塑性土を真空押出し成形機で押出し
た成形体を圧延ロールにより大型薄肉のセラミック板に
成形する工程図である。

【図８】しわ状クラックが発生した加圧成形体の斜視図
である。

【図９】しわ状クラックの発生を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 真空押出し成形機、真空土練機 １３ プレス機 １４ 上型 １４ａ 上型成形面 １５ 下型 １５ａ 下型成形面 １８，１９ 通気部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 練土状の可塑性セラミック組成物を出発
   原料とし、この出発原料を真空押出し成形機あるいは真
   空土練機により、角柱状、円柱状あるいはその他の形状
   に押出し成形した成形体をプレス機により加圧成形する
   ことにより、内部歪みを除去し、かつ密度の均一な加圧
   成形体に成形する大型薄肉のセラミック板体の成形方
   法。
2. 【請求項２】 プレス機の上下型の成形面を、通気性を
   有する実質的に空気の通気部材により形成した大型薄肉
   のセラミック板体の成形型。