(57)【要約】      （修正有）【課題】粘土を主な原料とする屋根瓦の成形において、加圧成形を加えた成形品の離型性を向上させる。【解決手段】上下型により粘土を成形する瓦成形用金型において、成形品の表裏の少なくとも一部分を形成する成形面３３、３４に複数の凹部２を有し、前記凹部の平面形状が円かつ縦断面の底面形状が曲面であって、複数の凹部を有する金型部位の平面面積に対して複数の凹部２の平面面積が５〜８０％を占有させた金型で粘土を成形する。前記凹部は、直径が１．０〜６．０ｍｍ及び深さが０．２５ｍｍ〜２．０ｍｍとし、さらには一つの上下型に一種類又は複数種類の凹部が存在している。前記凹部２により、荒地５を加圧成形する際、空気は前記凹部２に入り込み、荒地５と上下型３との密着する面積が少なく、上下型から成形品を離型させるときの剥離力を大幅に低減させ、離型性の向上と成形後の変形を防止できるという効果を発揮する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下型（３）により粘土を成形する瓦成形用金型において、成形品の表裏の少なくとも一部分を形成する成形面（３３、３４）に複数の凹部（２）を有し、前記凹部の平面形状が円かつ縦断面の底面形状が曲面であって、複数の凹部を有する金型部位の平面面積に対して複数の凹部の平面面積が５〜８０％を占有すること特徴とする瓦成形用金型。
【請求項２】
前記凹部（２）の直径が１．０ｍｍ〜６．０ｍｍ、及び、深さが０．２５ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１記載の瓦成形用金型。
【請求項３】
複数個設けられた前記凹部（２）の直径及び／又は深さが、同一又は不同である請求項１記載の瓦成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窯業製品、特に粘土を主な原料とする屋根瓦を製造する際の加圧成形用金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粘土を主とする原料を用いて製造される屋根瓦は、前記原料を土練機に投入したあと口金より押し出し、離型剤を塗布して荒地を適当なサイズに切断し、切断した荒地を加圧成形用金型の下型に載置して、上下型により加圧成形を行い成形品を得る成形工程を経て製造される。粘土を主とする原料は、水分が２０％程度含まれているため軟らかく、離型剤を塗布してもまだ金型と粘土が密着しやすい状態があった。
【０００３】
荒地の型からの離型性の向上技術の例として、特許文献１に記載の発明がある。この特許文献によると、図２０に示すように、枠体６１を有した下型６０に形成した空気抜き部材６２には連通孔６３が設けられており、前記連通孔に加圧空気供給装置（図示なし）を接続して、加圧成形された荒地に対し、成形面６４より離型させるタイミングに合わせて下型の空気抜き孔６５より空気を噴出させる。この方法により、成形品は、下型成形面からの離型性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８０５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では以下の問題があった。従来技術の方法では、空気抜き部材を下型の縁に取り付け、空気を噴出させることで離型性の向上を図っていたが、空気抜き部材とは別に、空気噴出用の装置やそれに付随する設備が必要になる。また、空気抜き部材の取り付けは、金型や成形機の構造上数や場所に限りがある。さらに、部材や設備が多くなると、上下型周囲が雑多になり、金型の交換作業等が面倒になる。よって、従来技術には、まだ改良の余地があった。
【０００６】
以上のことから、本発明の課題は、上下型による荒地の成形時において、外部からの離型作用に頼らず金型そのものの工夫により、荒地の上下型からの離型性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために、上下型により粘土を成形する瓦成形用金型において、成形品の表裏の少なくとも一部分を形成する成形面に複数の凹部を有し、前記凹部の平面形状が円かつ縦断面の底面形状が曲面であって、複数の凹部を有する金型部位の平面面積に対して複数の凹部の平面面積が５〜８０％を占有する手段を採用する。
【０００８】
前記手段を採用することにより、下型に成形用荒地を載置して上下型により荒地を加圧成形し始めたとき、上下型と荒地との間に存在していた空気は、凹部内に入り込む。さらに、加圧が進むに従って、荒地も凹部内に入り込むが、凹部内には空気が存在しているため、荒地と上下型とは完全に密着されない。
【０００９】
さらに加えて本発明は、上述の効果をより発揮させる目的のために、前記凹部の直径が１．０ｍｍ〜６．０ｍｍ、及び、深さが０．２５ｍｍ〜２．０ｍｍである手段を採用する。この手段を採用することにより、加圧成形後の成形品は、上下型から離型する際の剥離力を最小のものとすることができる。なお、複数設けた凹部の大きさ及び／又は深さは、同一であっても不同であっても、空気が入り込み荒地と金型とが直接接地している面積が少なくなるという作用は同じであるため、上述した課題の解決は達成される。加えて、複数の凹部を有する金型部位の平面面積に対して複数の凹部の平面面積の割合をより大きくするには、凹部の大きさを大小組み合わせることでも可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、土練機より押し出された荒地を加圧成形用金型で成形した後、上下型より離型させる際に、荒地と上下型との密着を低減させることができ、離型性の向上、さらには離型性の向上による成形後の成形品の変形防止が図られるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る成形用金型の上型、荒地及び下型を表した斜視図である。
【図２】上下型の成形面の一部を拡大した外観図である。
【図３ａ】図１中ｘ−ｘ断面の一部（凹部部分）を拡大した図である。
【図３ｂ】図１中ｘ−ｘ断面の一部（凹部部分）を拡大した他の例の図である。
【図３ｃ】図１中ｘ−ｘ断面の一部（凹部部分）を拡大した他の例の図である。
【図３ｄ】図１中ｘ−ｘ断面の一部（凹部部分）を拡大した他の例の図である。
【図３ｅ】図１中ｘ−ｘ断面の一部（凹部部分）を拡大した他の例の図である。
【図３ｆ】図１中ｘ−ｘ断面の一部（凹部部分）を拡大した他の例の図である。
【図４】本発明に係る成形用金型を使用した屋根瓦（桟瓦）の平面図である。
【図５】本発明に係る成形用金型を使用した屋根瓦（桟瓦）の右側面図である。
【図６】本発明に係る成形用金型を使用した屋根瓦（桟瓦）の裏面図である。
【図７】図３中の範囲Ａの拡大図である。
【図８】本発明に係る金型を使用した他の屋根瓦（調整瓦）の平面図である。
【図９】本発明に係る金型を使用した他の屋根瓦（調整瓦）の右側面図である。
【図１０】本発明に係る金型を使用した他の屋根瓦（調整瓦）の裏面図である。
【図１１】図７中の範囲Ｂの拡大図である。
【図１２】本発明に係る金型を使用した他の（半瓦）の平面図である。
【図１３】本発明に係る金型を使用した他の屋根瓦（半瓦）の右側面図である。
【図１４】本発明に係る金型を使用した他の屋根瓦（半瓦）の裏面図である。
【図１５】図１０中の範囲Ｃの拡大図である。
【図１６】図１４中Ｄ−Ｄ断面図である。
【図１７】図１４中の範囲Ｅの一部を表した外観図である。
【図１８】成形面に施した条件と剥離力の関係を表したグラフである。
【図１９】凹部の深さと剥離力の関係を表したグラフである。
【図２０】従来技術を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図1〜図１７を参照しながら、本発明を実施するにあたっての形態を説明する。本発明における荒地５とは、粘土が主成分の原料を土練機に投入し、押し出されたもの、もしくは土練機より押し出されたものをおおよそ上下型３の形状及び／又は大きさに切断したもので、上下型３による加圧成形工程を経ていないものをいう。成形品とは、前記荒地を上下型３による加圧成形工程を経て成形が完了したものであり、屋根瓦１ができる前の仕掛り品のものをいう。
【００１３】
図１に示すように、上下型３とは、荒地を成形する際に成形機の上下に取り付けた金型であって、成形機の上方に取り付ける金型を上型３１、同様に下方に取り付ける金型を下型３２という。上型３１の成形面３３は瓦表１１を、下型３２の成形面３４は、瓦裏１２を形成する。また、本発明における剥離力とは、成形品を上下型３（特に下型３２）から離型させる際における成形品の密着の度合いを表す。つまり、剥離力が小さいとは、成形品と上下型３との密着が弱く成形品が上下型３から取り出しやすいことを指す。
【００１４】
ここで、屋根瓦１の製造工程のうち成形工程までについて説明する。屋根瓦１の成形工程は、まず、水分を２０％程度に調整した配合粘土（屋根瓦１の製造に最適な原料とし、粘土を主とする成分や水分をあらかじめ整えておいたもの）を土練機に投入し、土練機内を経て原料中の空気抜きを行い真空状態となった原料を、口金により大まかな形状となるように押し出し、荒地５の上面・下面・側面に離型剤を塗布する。続いて、前記荒地５を概ね上下型３の大きさに合わせて切断し、下型３２の上に載置する。さらに、上下型３を取り付けた成形機により前記荒地５を加圧成形し、屋根瓦１の形状となった成形品を得る。成形完了後、下型より成形品を離型して取り出し、次工程へと移される。
【００１５】
本発明における実施例を説明する。上下型３の成形面３１（３２）には、機械又は手作業により、離型性を向上させるために必要な箇所のみ加工を施し、凹部２を得る。図２に示すように、凹部２は、金型の成形面に対しある程度の間隔、密度をもって設けられている。また、図３ａ〜図３ｆに示すように、凹部２は、例としてその断面形状が円又は上下方向に扁平された楕円の一部、もしくは、前記円又は前記楕円の一部と垂直部２２の組み合わせによって構成され、上下型３の成形面３１（３２）に凹部２同士が互いに干渉することなく密集している。図３ａは、凹部２の断面が半円形状のもの、図３ｂは同断面が半円と垂直部２２を組み合わせで、深さがあるもの、図３ｃは、同断面が半円よりも小さい形状で、深さのないものである。図３ｄないし図３ｆは、図３ａないし図３ｃに示した前記半円の部位を、水平方向に扁平された半楕円形状に置き換えた図である。
【００１６】
凹部２を設けられる範囲は、本発明の成形用金型を用いて成形され製造された屋根瓦１を屋根に葺いたときに、外観で目視できる見えがかり部分以外すべてを対象とすることができる。つまり、屋根瓦１の瓦裏１２においては全範囲、屋根瓦１の瓦表１１においては、アンダーラップ１３など上下位又は左右の屋根瓦１に相隣接して被さることにより隠れる範囲において、前記凹部２は前記範囲を形成する金型の成形面に設けることができる。なお、凹部２は、上下型成形面３３（３４）のうち屋根瓦１の見えがかり部位に当たる箇所に設けることもできるが、凹部２を設けた上下型３により製造された屋根瓦１の表裏面には凸部２１として現れるため、意匠的には見栄えが悪く、雨天時等に凸部２１間で水や埃等を引っ掛けてしまうことにより、防汚性能の点において望ましくない。
【００１７】
凹部２を設ける場所は、全体として面積が大きい平坦部のほか、細長い溝や段差部等がよい。特に溝や段差部は、形状が複雑なため空気の噴出による上下型３からの離型が困難である。よって、溝や段差部に凹部２を設けることは効果的であるうえ、製品での変形が問題となる箇所に適宜凹部２を設けることは、加工作業量に対し離型性の向上が見込め効率的である。
【００１８】
本発明の金型を用いて成形された屋根瓦１の実施例として、図４〜図７には桟瓦を、図８〜図１１には調整瓦を、図１２〜図１７には半瓦を示す。桟瓦は、屋根面の多くを覆う最も一般的な瓦であり、本発明で挙げた桟瓦ではアンダーラップ１３に設けた水返し１５とアンダーラップ１３の縁に設けた縁水返し１６とに挟まれた部位に細かな凹部２が設けられており、複雑形状の一例である。調整瓦は、前記桟瓦よりも全幅が1割〜3割程度大きい又は小さい瓦で、例として瓦裏１２の平坦部の広域にわたって凹部が設けられている。半瓦は、前記桟瓦の全幅が略半分の瓦であって、前記桟瓦や調整瓦と同様、アンダーラップ１３に設けられた水返し１５と縁水返し１６とに挟まれた部位や、瓦裏１２の広域にわたって凹部２を設けている。いずれの瓦１についても、凹部２を有した成形用金型で荒地を成形して構成されるので、屋根瓦１には金型の凹部２部分が凸部２２として現れる。なお、成形時において原料と凹部２との間には空気が存在しているため、屋根瓦１の凸部２２は上下型３の凹部２の形状が完全に現れない。
【００１９】
本発明における離型性向上のメカニズムは以下のようになる。屋根瓦１の成形工程において、下型３２に荒地５を載置した際には、下型３２と荒地５との間に幾らかの空気が存在している。成形機により荒地を加圧成形した際に、粘土などを主とする原料は、可塑性物質であり軟らかく、加圧成形の瞬間と同時に前記原料が上下型成形面３３（３４）の形状に従って変形する。
【００２０】
通常の場合、下型３２と荒地５との間に存在していた空気は、成形された瞬間に上下型３と荒地５との間に閉じ込められ、残留したままとなる。この状態は加圧されても解消されず、結果として成形品に空気が残留していた跡が残り、形状不良の原因となる。しかしながら、本発明では、上下型３の成形面３３（３４）に凹部２を有しているので、荒地５が成形された際に、空気は前記凹部２に入り込む。加圧成形が進むと、凹部２には荒地も入り込むが、凹部２内には空気が存在しており、加圧が進んでも凹部２の底部までは荒地５が入り込まない。よって、従来技術と比べ、荒地５と成形面３３（３４）が密着している面積が少なく、密着力が小さい。
【００２１】
また、加圧成形された荒地５は、凹部２内に残留した空気によって深くまで入り込まないため、荒地５が上下型３の成形面３３（３４）と密着する面積が少なくなり、離型させる際に必要な剥離力は小さくて済む。従来の技術では、凹部２を設けていない金型は、荒地５を成形した際に成形品と上下型３との密着が強く、成形品を離型させる際は上下型３に貼り付いた成形品の一部分に変形が起こり行儀を乱していた。結果として、上下型３に凹部２を設けたことにより、成形品は型から離型させる際に、型への密着力の低下による変形の防止を図ることができる。
【００２２】
本発明における凹部２の最適条件を導くに当たり、各条件Ａ〜Ｆ及び数値範囲や形状１〜３（又は２）を設定し、剥離力の大小をもって上下型３からの成形品の離型性の傾向を検証した。離型性の試験方法を以下に示す。
【００２３】
オートグラフ（株式会社島津製作所製，精密万能試験機ＡＧ−Ｉ，５ｋＮ）を使用し、オートグラフを上下させることにより成形機の動作と見立てる。また、一辺が７０ｍｍ四方で厚さが２９mmの鋳物を用い、前記鋳物の表面には、その中央付近４０mm×４０ｍｍの範囲に離型性を検証する条件の形状が施されており、前記形状が成形面となるよう成形面を上に向けて鋳物をオートグラフの下部にセットする。一方の上部には、前記鋳物と同じ大きさ及び厚さで、成形面が平らなものをセットして、これらの鋳物を瓦成形用金型に見立てた模擬金型とする。さらに、粘土を主とする原料サンプルは、実際の屋根瓦製造工程と同様に水分が約２０％であり、その内部を真空状態にした厚さが１５ｍｍ程度の略板状のものを、φ２０ｍｍのポンスにて略円柱状に型抜きしたのものを荒地と見立てて使用した。
【００２４】
加圧試験は、原料サンプルをオートグラフの下側にセットした鋳物の上に載置して、オートグラフの制御を加圧速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、１０００ｍｍ／ｍｉｎの２種類としてそれぞれ約１４０Ｎまでの加圧を行った。原料サンプルを加圧後、オートグラフの上側にセットした鋳物を引き上げる際の加圧した原料サンプルとの剥離力をＮ＝３として測定した。凹部形状の試験因子及び試験条件を表１に、鋳物に設けた形状別ディンプル率｛鋳物の表面の一定面積（４０ｍｍ×４０ｍｍ、表２では測定範囲）に対する凹形状及び／又は凸形状の平面面積の割合｝と剥離力との関係を表２に、表１の条件を基に傾向の分析を行った結果を図１８に示す。なお、表１中因子Ａ（配列）の直列とは、一形状（試験条件の一つとして鋳物の表面に施した凹凸又は平面形状）の中心すべてが格子状に整列されている状態を表し、千鳥とは、隣接する行又は列のどちらか一方が一形状の中心同士の半分の距離だけずれている状態を表す。さらに、因子Ｆのピッチとは、一形状の中心同士の間隔を表す。いずれの状態も、一形状が互いに干渉しないものとする。
【表１】
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【表２】
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【００２５】
図１８に示した結果より、模擬金型レベルではあるが、次のことが確認できた。表１に示した因子Ｅ、Ｄ、Ｂの結果から、金型からの成形品の離型性において顕著な効果が確認できたものは、少なくとも上下型３の成形面３３（３４）に凹部が設けられ、前記凹部は特に平面形状で丸形であり、さらに好適には前記凹部の直径が１．５ｍｍ、深さが１．０ｍｍという条件であった。従来の上下型では、同様の試験方法で剥離力が１０Ｎ以上必要としていたことから、上下型の成形面に任意な形状の凹部を設けると、離型性は向上するという効果が発揮される。なお、図１８からわかるように、表１で挙げた条件以外の条件であっても、いくらかの効果が期待できることは推測でき、例えば因子Ｂの直径が１．０ｍｍであっても、大きな効果があることは推測できる。
【００２６】
一方、表１より、ディンプル率７．３％〜７５．９％の間において、それぞれの形状についていくらかの効果が確認できた。しかし、試験ピースＮｏ．１８やＮｏ．１６では、他の試験ピースと比べて剥離力を必要とした。Ｎｏ．１８については一つ当たりの形状が大きく凸になったもの、Ｎｏ．１６については凹形状であるが一つの形状同士の間隔が大きく開いており凹形状の深さが浅いものであることから、前記試験ピースの形状は、本発明の離型性向上のメカニズムが成り立ちにくいことが確認できた。
【００２７】
また、表１よりディンプル率と剥離力との直接な関係は見られず、形状によって剥離力が左右されることが確認できる。よって、図１８の形状別剥離力の傾向などを踏まえると、条件の良い形状であれば、複数の凹部を有する金型部位の平面面積に対する複数の凹部の平面面積が５％〜８０％の範囲で離型性を向上させることも可能であると推測できる。
【００２８】
上記の結果を踏まえて、さらに凹部の最適形状を検証するために、上述した試験条件のうち、最も影響の度合いが大きいと考えられる因子Ｃの深さについて追跡試験を行った。因子Ｃは、上記の試験結果より深さが０．２５ｍｍから増すにつれて離型性の向上が確認できる。よって、因子Ｃの深さ以外は固定条件とし、図１８の結果から（Ａ）配置は直列、（Ｂ）深さは１．０ｍｍ、（Ｄ）形状１は丸、（Ｅ）形状２は凹、（Ｆ）ピッチは１．２ｍｍ、（Ｇ）底面の形状は柱状とした。なお、試験方法は、上述した試験方法と同様の方法とした。深さの試験条件を、（い）１．０ｍｍ、（ろ）１．５ｍｍ、（は）２．０ｍｍの３通りを設定し、同様に行った試験の結果を図１９に示す。
【００２９】
図１９より、凹部２の深さの追跡試験において、上記の固定条件に加えて深さ１．５ｍｍの条件が最も剥離力の小さい条件であることが確認できた。なお、深さが１．０ｍｍや２．０ｍｍの条件であっても、成形面に凹部の加工を施していない金型と比較して、離型性の向上に格段の効果が現れるということがわかった。このことから、例えば深さが３．０ｍｍ程度に深くなっても、ある程度の剥離力向上の効果が現れることも推測できる。
【００３０】
なお、本発明は上述の好例に限定されるものではなく、その根本的技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。本発明の凹部２の形状は、平面形状が円かつ縦断面の底面形状が曲面としたが、基本は金型の成形面に凹部を設けて空気が入り込む場所を確保するということである。試験結果より、凹部の大きさや形状と剥離力との関係は明確な傾向が見られることから、その傾向に従って適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、窯業製品、特に粘土を主な原料とする建築資材を製造する際の加圧成形用金型に広く応用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１、    屋根瓦
１１、    瓦表
１２、    瓦裏
１３、    アンダーラップ
１４、    リブ
１５、    水返し
１６、    縁水返し
２、    凹部
２１、    凸部
２２、    垂直部
３、    上下型
３１、    上型
３２、    下型
５、       
荒地
６０、    下型
６１、    枠体
６２、    空気抜き部材
６３、    連通孔
６４、    成形面
６５、    空気抜き孔
【図１】
2010264633.tif 000005
【図２】
2010264633.tif 000006
【図３ａ】
2010264633.tif 000007
【図３ｂ】
2010264633.tif 000008
【図３ｃ】
2010264633.tif 000009
【図３ｄ】
2010264633.tif 000010
【図３ｅ】
2010264633.tif 000011
【図３ｆ】
2010264633.tif 000012
【図４】
2010264633.tif 000013
【図５】
2010264633.tif 000014
【図６】
2010264633.tif 000015
【図７】
2010264633.tif 000016
【図８】
2010264633.tif 000017
【図９】
2010264633.tif 000018
【図１０】
2010264633.tif 000019
【図１１】
2010264633.tif 000020
【図１２】
2010264633.tif 000021
【図１３】
2010264633.tif 000022
【図１４】
2010264633.tif 000023
【図１５】
2010264633.tif 000024
【図１６】
2010264633.tif 000025
【図１７】
2010264633.tif 000026
【図１８】
2010264633.tif 000027
【図１９】
2010264633.tif 000028
【図２０】
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