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セラミックス成形装置 - 石川島播磨重工業株式会社
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発明の名称 セラミックス成形装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−77637
公開日 平成11年(1999)3月23日
出願番号 特願平9−252629
出願日 平成9年(1997)9月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】坂本 光雄
発明者 西 正輝 / 杉田 孝志 / 茂垣 康弘
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ベルトコンベヤの上流側端部上に、セラミックスマトリックスにセラミックス短繊維を混合してなるスラリーを下端部のノズルを通して該ベルトコンベヤ上に流出させるようにするスラリー溜めを設け、該スラリー溜めのノズルの内側位置に、コンベヤ幅方向へ向け駆動軸を配置して、該駆動軸上に、複数の配向用ディスクを所要間隔で取り付け、且つ該各ディスク間の隙間に整流板を介在配置した構成を有することを特徴とするセラミックス成形装置。
【請求項2】 駆動軸、ディスク、整流板の組み合わせ列を、互いのディスクが隣り合う列のディスク間に入り込むように複数組並設した請求項1記載のセラミックス成形装置。
【請求項3】 ベルトコンベヤの上流側端部上に、セラミックスマトリックスにセラミックス短繊維を混合してなるスラリーを下端部のノズルを通して該ベルトコンベヤ上に流出させるようにするスラリー溜めを設け、該スラリー溜めのノズルの外側位置に、左右の側板と該左右の側板の前端部間で上記ノズルから流出するスラリーの厚さを規制できるようにした厚さ規制板とを備えたリップフレームを配置し、該リップフレーム内に、コンベヤ幅方向へ向け駆動軸を配置して、該駆動軸上に、複数の配向用ディスクを所要間隔で取り付け、且つ該各ディスク間の隙間に整流板を介在配置した構成を有することを特徴とするセラミックス成形装置。
【請求項4】 ベルトコンベヤの上流側端部上に、セラミックスマトリックスにセラミックス短繊維を混合してなるスラリーを下端部のノズルを通して該ベルトコンベヤ上に流出させるようにするスラリー溜めを設け、該スラリー溜めのノズルの外側位置に、上記ノズルの延長部となるスラリー流出路を形成するようにしたリップフレームを配置し、且つ上記スラリー流出路に、スラリーの流れ方向に沿うように向けた邪魔板を、千鳥状に配置して、上記リップフレームに固定した構成を有することを特徴とするセラミックス成形装置。
【請求項5】 ベルトコンベヤの上流側端部上に、セラミックスマトリックスにセラミックス短繊維を混合してなるスラリーを下端部のノズルを通して該ベルトコンベヤ上に流出させるようにするスラリー溜めを設け、該スラリー溜めのノズルの外側位置に、上記ノズルの延長部となるスラリー流出路を形成するように左右の側板と上面板とを備えたリップフレームを配置し、且つ上記スラリー流出路に、上記左右の側板を貫通して循環移動するようにしたベルトを上下方向に複数段介在させ、上下方向で相対するベルトを互いに逆方向に移動させるようにした構成を有することを特徴とするセラミックス成形装置。
【請求項6】 ベルトの移動速度をスラリーの流出速度に対して任意に変えるようにした請求項5記載のセラミックス成形装置。
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をテープ状に成形するために用いるセラミックス成形装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】セラミックスは、耐高温特性に優れているが、靭性が低くて亀裂発生等の問題があるため、構造部材として使用するに当たっての障害の一つとなっている。亀裂の進展を阻止するための一つの対策として、セラミックス短繊維をマトリックス中に混合して一軸配向させることが有効と考えられ、種々の研究開発が行われている。
【0003】図6は、セラミックス短繊維の一軸配向に有効なドクターブレード法を採用したセラミックス成形装置の一例を示すもので、駆動ロール1と従動ロール2との間にフィルムからなる無端状のベルト3を掛け回してベルトコンベヤ4を構成し、該ベルトコンベヤ4のベルト移動方向の上流側端部上に、下端部に幅方向一様なノズル5を開口させたスラリー溜め6を、上記ノズル5がベルト移動方向の下流側へ向くように配置し、且つ該スラリー溜め6の更に下流側にドライヤとしての乾燥炉7を配置し、セラミックスマトリックス8aにセラミックス短繊維8bを混合してなるスラリー8を上記スラリー溜め6内に注入して、移動しているベルト3上にスラリー溜め6のノズル5を通してスラリー8を流出させ、流出したスラリー8を乾燥炉7でテープ状(シート状)のセラミックス成形体9として固化成形するようにしてある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、スラリー溜め6のノズル5から流出させられるスラリー8は、ノズル5の開口縁との間で生じる摩擦力によって流速差(G部に速度分布を示す)が生じることから、内部とノズル界面近傍の表層部との間に剪断力が作用することになって短繊維8bが一方向に配向するが、この剪断力はノズル界面近傍表面の極く限られた範囲にしか作用しないため、セラミックス成形体9の内部までセラミックス短繊維8bを一軸配向させることはできず、内部においては配向性を持たない短繊維配列となってしまう、という問題がある。特に、厚みの大きなセラミックス成形体9ほどこの傾向は顕著である。
【0005】そこで、本発明は、スラリー溜めのノズル近傍位置で剪断力をスラリー内部まで作用させて、成形体内部にまでセラミックス短繊維に配向性をもたせることにより、セラミックス成形体の靭性を向上させることができるようにしようとするものである。
【0006】
【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、ベルトコンベヤの上流側端部上に、セラミックスマトリックスにセラミックス短繊維を混合してなるスラリーを下端部のノズルを通して該ベルトコンベヤ上に流出させるようにするスラリー溜めを設け、該スラリー溜めのノズルの内側位置に、コンベヤ幅方向へ向け駆動軸を配置して、該駆動軸上に、複数の配向用ディスクを所要間隔で取り付け、且つ該各ディスク間の隙間に整流板を介在配置した構成とする。
【0007】駆動軸を駆動して、スラリー溜めのノズルから流出させられるスラリーの流出速度よりも速い速度でディスクを回転させると、スラリーとディスクとの間に剪断力が作用することになり、セラミックス短繊維がディスクの表面付近でディスクの回転方向に配向させられる。この際、スラリーの流れ方向と逆向する剪断力も発生するが、セラミックス短繊維は整流板の作用で一方向に配向されてノズルから流出させられる。したがって、内部までセラミックス短繊維を一軸配向させたセラミックス成形体が得られる。
【0008】又、駆動軸、ディスク、整流板の組み合わせ列を、互いのディスクが隣り合う列のディスク間に入り込むように複数組並設した構成とすることにより、大きな剪断力を発生させることができるので、より確実にセラミックス短繊維を一軸配向させることができるようになる。
【0009】一方、スラリー溜めのノズルの外側位置に、左右の側板と該左右の側板の前端部間で上記ノズルから流出するスラリーの厚さを規制できるようにした厚さ規制板とを備えたリップフレームを配置し、該リップフレーム内に、コンベヤ幅方向へ向け駆動軸を配置して、該駆動軸上に、複数の配向用ディスクを所要間隔で取り付け、且つ該各ディスク間の隙間に整流板を介在配置した構成とすることによって、厚さ規制板の下縁をノズルとして機能させることができることから、ディスクの回転による剪断力に加えて、2つのノズルの界面近傍でスラリーに剪断力を作用させることができ、セラミックス短繊維の一軸配向性を更に強くすることができるようになる。
【0010】又、スラリー溜めのノズルの外側位置に、上記ノズルの延長部となるスラリー流出路を形成するようにしたリップフレームを配置し、且つ上記スラリー流出路に、スラリーの流れ方向に沿うように向けた邪魔板を、千鳥状に配置して、上記リップフレームに固定した構成とすることにより、スラリーは邪魔板の間を通過する際に剪断力を受けることになるので、ベルトコンベヤの駆動だけでセラミックス短繊維の配向性を一方向に揃えることができるようになる。
【0011】更に、スラリー溜めのノズルの外側位置に、上記ノズルの延長部となるスラリー流出路を形成するように左右の側板と上面板とを備えたリップフレームを配置し、且つ上記スラリー流出路に、上記左右の側板を貫通して循環移動するようにしたベルトを上下方向に複数段介在させ、上下方向で相対するベルトを互いに逆方向に移動させるようにした構成とすることにより、セラミックス短繊維を幅方向に配向させることができ、更に、ベルトの移動速度をスラリーの流出速度に対して任意に変えられるようにした構成とすることによって、セラミックス短繊維をスラリーの流れ方向に対し45°、90°等に配向させることができて、上下方向でセラミックス短繊維の配向性が異なる層をもったセラミックス成形体が得られる。
【0012】
【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。
【0013】図1(イ)(ロ)は本発明の実施の一形態を示すもので、図6に示したセラミックス成形装置と同様な構成において、スラリー溜め6のノズル5の内側位置に、図示しない駆動装置により回転駆動されるようにした駆動軸10を、スラリー8の流出方向と直交する方向となるコンベヤ幅方向へ向け貫通配置すると共に、該駆動軸10上に、薄肉形成した多数の配向用ディスク11を所要の隙間を隔てて取り付け、且つ該各ディスク11の中心部付近間の隙間に、薄肉形成した整流板12を配置して、該各整流板12の上端部を、スラリー溜め6の前壁部6aの内面に支持部材13を介して支持させる。
【0014】セラミックス成形体9を成形する場合には、駆動軸10を駆動して、ベルトコンベヤ4の駆動によりスラリー溜め6のノズル5を通して流出させられるスラリー8の流出速度よりも速い速度で、各ディスク11を矢印Xで示す如くノズル5方向へ回転させるようにする。
【0015】これにより、スラリー8とディスク11との間には剪断力が作用することになるので、ディスク11の表面付近において、セラミックス短繊維8bがディスク11の回転方向に配向させられる。この際、ディスク11の中心部付近には、スラリー8の流れ方向と逆行する剪断力も作用するが、ディスク11の中心部付近間の隙間には整流板12が設けてあるため、この整流板12の働きにより、セラミックス短繊維8bはスラリー8の流れ方向と平行となるように一方向配向したままノズル5から流出させられる。したがって、内部までセラミックス短繊維8bを一軸配向させた靭性の高いセラミックス成形体9が得られる。
【0016】次に、図2(イ)(ロ)は本発明の他の実施の形態を示すもので、図1(イ)(ロ)に示したと同様な構成において、駆動軸10に取り付けたディスク11と、ディスク11間に配置した整流板12との組み合わせ列を、ベルトコンベヤ4のベルト移動方向に2列並設し、且つ互いのディスク11が相手のディスク11間の隙間に交互に入り込むようにしたものである。
【0017】図2(イ)(ロ)に示すような構成とした場合は、ノズル5に近い方のディスク11の回転方向(矢印X方向)に対し、ノズル5から遠い方の列のディスク11を逆方向(矢印Y方向)に回転させるようにしたり、あるいは、両列のディスク11を同方向(矢印X方向)に回転させ且つ一方の列のディスク11の回転速度をスラリー流速よりも速くて他方の列のディスク11の回転速度よりも遅くするようにさせることによって、スラリー8とディスク11との間に大きな剪断力を発生させることができ、上記実施の形態の場合よりもより確実にセラミックス短繊維8bを一軸配向させることができ、靭性を高めることができる。なお、上記ディスク11と整流板12との組み合わせ列を更に増やすようにすることもできる。
【0018】又、図3(イ)(ロ)は本発明の更に他の実施の形態を示すもので、図6に示したと同様な構成において、スラリー溜め6のノズル5の外側位置に、該ノズル5から流出するスラリー8の幅を規制するようにした左右の側板14aと該左右の側板14aの前端部間に取り付けてスラリー8の厚さを規制するようにした厚さ規制板14bとからなるリップフレーム14を配置固定し、且つ該リップフレーム14の左右の側板14a間に駆動軸10を貫通支持させると共に、該駆動軸10上に、多数のディスク11を所要間隔で取り付け、更に、該各ディスク11間の隙間に介入するようにスラリー溜め6の前壁部6aの外面に整流板12を固定したものである。なお、上記リップフレーム14は、厚さ規制板14bの下縁にてスラリー8の厚さを調整できるようにするために、スラリー溜め6への取り付け位置を上下方向に変更できるようにしてある。
【0019】図3(イ)(ロ)に示すように構成した場合、スラリー溜め6のノズル5のみならず、リップフレーム14の厚さ規制板14bの下縁にノズル機能を持たせることができるため、ディスク11の回転により生ずる剪断力に加えて、2つのノズル界面近傍の表層部でスラリー8に剪断力を作用させることができ、したがって、セラミックス短繊維8bの一軸配向性を更に強くすることができる。
【0020】次いで、図4(イ)(ロ)(ハ)は本発明の更に別の実施の形態を示すもので、図6に示したと同様な構成において、スライド溜め6のノズル5の外側位置に、左右の側板15aと該左右の側板15aの上端間を連結する上面板15bとからなる門型形状で長さの長いリップフレーム15を配置固定して、該リップフレーム15とベルトコンベヤ4のベルト3で囲まれる領域に、ノズル5の延長部となるようにしたスラリー流出路16を形成し、且つ該スラリー流出路16に、前後端部を左右両側から滑かに尖らせた形状の多数の邪魔板17を、スラリー8の流れ方向に沿うようスラリー8の流れ方向及び幅方向に所要間隔で千鳥に配置して、該各邪魔板17をリップフレーム15の上面板15bに固定支持させ、リップフレーム15と邪魔板17とによって配向装置を構成したものである。
【0021】図4(イ)(ロ)(ハ)に示すようにした場合には、スラリー溜め6のノズル5からスラリー流出路16内に入ったスラリー8は、邪魔板17の間を通過する際に剪断力を受けることになるので、ベルトコンベヤ4以外は無駆動でセラミックス短繊維8bの配向性を一方向に揃えることができる。
【0022】図5(イ)(ロ)(ハ)(ニ)は本発明の更に異なる実施の形態を示すもので、図6に示したと同様な構成において、スラリー溜め6のノズル5の外側位置に、左右の側板18aと該左右の側板18aの上端間を連結する上面板18bとからなる門型形状のリップフレーム18を配置して、該リップフレーム18とベルトコンベヤ4のベルト3で囲まれる領域に、ノズル5の延長部となるスラリー流出路19を形成し、且つ該スラリー流出路19に、左右の側板18aを貫通して循環移動するようにしたフィルム製のベルト20を、上下方向に複数段(図では4段)介在させ、上下方向で相対するベルト20を互いに逆方向に移動させることにより、セラミックス短繊維8bの配向性がスラリー8の流れ方向に対し90°又は45°となるようなセラミックス成形体9を成形できるようにしたものである。なお、リップフレーム18には、側板18aのベルト貫通部に、スラリー8の漏出を防止するためのワイパー21が取り付けてある。22は各ベルト20のガイドロールを示す。
【0023】図5(イ)(ロ)(ハ)(ニ)に示すようにした場合、たとえば、スラリー流出路19内を通過する各段のベルト20をスラリー8の流出速度の2倍の速度で移動させるようにし、且つ上下方向で相対するベルト20を互いに逆方向に移動させるように駆動すると、各ベルト20間を流れるスラリー8に、180°の位相ずれを持った剪断力が作用することになるので、厚み方向でセラミックス短繊維8bの配向角がスラリー8の流れ方向に対し90°となるセラミックス成形体9を成形することができ、又、各段のベルト20をスラリー8の流出速度と等しくすると、セラミックス短繊維8bをスラリー8の流れ方向に対し45°の配向角としたセラミックス成形体9を成形することができ、図5(ニ)に示すように、上下方向でセラミックス短繊維8bの配向角が90°異なる層を持ったセラミックス成形体9を成形することができて、靭性を更に向上することができる。したがって、上記各ベルト20の移動速度を変更することにより、上下で隣接する層のセラミックス短繊維8bの位相角を任意に選定することができる。
【0024】なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、図1乃至図3に示したディスク11の数、整流板12の形状、図4に示した邪魔板17の数、形状、図5に示したベルト20の段数等は任意に選定し得ること、又、上記実施の形態では、セラミックス成形装置について図示し説明したが、同装置をセラミックスに限らず繊維強化プラスチック、繊維強化セメントプレート等の構造部材の成形に適用することは任意であること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0025】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のセラミックス成形装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1) ベルトコンベヤの上流側端部上に、セラミックスマトリックスにセラミックス短繊維を混合してなるスラリーを下端部のノズルを通して該ベルトコンベヤ上に流出させるようにするスラリー溜めを設け、該スラリー溜めのノズルの内側位置に、コンベヤ幅方向へ向け駆動軸を配置して、該駆動軸上に、複数の配向用ディスクを所要間隔で取り付け、且つ該各ディスク間の隙間に整流板を介在配置した構成としてあるので、ディスクの回転でスラリーに剪断力を作用させることができて、セラミックス短繊維をディスクの回転方向に配向させることができ、又、スラリーの流れと逆行する方向の剪断力によるセラミックス短繊維の流れは整流板の作用でスラリーの流れに沿わすことができることから、セラミックス短繊維を一方向に配向させて流出させることができ、これにより、内部までセラミックス短繊維を一軸配向させた靭性に優れたセラミックス成形体を得ることができる。
(2) 駆動軸、ディスク、整流板の組み合わせ列を、互いのディスクが隣り合う列のディスク間に入り込むように複数組並設した構成とすることにより、隣りの列のディスクとの間で大きな剪断力を発生させることができるので、セラミックス短繊維をより確実に一軸配向させることができ、セラミックス成形体の靭性を高めることができる。
(3) スラリー溜めのノズルの外側位置に、左右の側板と該左右の側板の前端部間で上記ノズルから流出するスラリーの厚さを規制できるようにした厚さ規制板とを備えたリップフレームを配置し、該リップフレーム内に、コンベヤ幅方向へ向け駆動軸を配置して、該駆動軸上に、複数の配向用ディスクを所要間隔で取り付け、且つ該各ディスク間の隙間に整流板を介在配置した構成とすることにより、スラリー溜めのノズルのみならず、厚さ規制板の下縁をノズルとして機能させることができるので、ディスクの回転による剪断力に加えて、2つのノズルの界面近傍でスラリーに剪断力を作用させることができ、セラミックス短繊維の一軸配向性を更に強くすることができて、セラミックス成形体の靭性をより優れたものとすることができる。
(4) スラリー溜めのノズルの外側位置に、上記ノズルの延長部となるスラリー流出路を形成するようにしたリップフレームを配置し、且つ上記スラリー流出路に、スラリーの流れ方向に沿うように向けた邪魔板を、千鳥状に配置して、上記リップフレームに固定した構成とすることにより、邪魔板の間を通過するときにスラリーに剪断力を作用させることができるので、ベルトコンベヤ以外の駆動力を用いることなくセラミックス短繊維を一軸配向させることができ、経済的にも有利となる。
(5) スラリー溜めのノズルの外側位置に、上記ノズルの延長部となるスラリー流出路を形成するように左右の側板と上面板とを備えたリップフレームを配置し、且つ上記スラリー流出路に、上記左右の側板を貫通して循環移動するようにしたベルトを上下方向に複数段介在させ、上下方向で相対するベルトを互いに逆方向に移動させるようにした構成とすることにより、セラミックス短繊維を幅方向に配向させることができ、又、各ベルトの移動速度をスラリーの流速に対して任意に変えることにより、セラミックス短繊維をスラリーの流れ方向に対し45°、90°等に配向することができて、上下方向でセラミックス短繊維の配向性が異なる層をもったセラミックス成形体を得ることができ、靭性を更に向上することができる。




 

 


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