(57)【要約】  液体中の粒子状物質のペースト又は懸濁液からのグリーン体押出しのための方法及び装置において、懸濁液が比較的低い圧で押出しチャンバに供給され、押出しチャンバを実質的に充填する。充填が完了すると、高圧が懸濁液に加えられ、それにより、懸濁液は、少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間に強制的に通される。前記液体に対して透過性である壁の少なくと一部をはさんで圧力差を設けることにより、液体の実質的部分が除去されて、粒子状物質の非流動性成形物が形成される。
2007511392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中の粒子状物質のペースト又は懸濁液（以下まとめて「懸濁液」という）からのグリーン体押出し方法であって、
（ａ）懸濁液を比較的低い圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを実質的に充填する工程、
（ｂ）工程（ａ）が完了すると、実質的に高めの圧を懸濁液に加え、それにより、懸濁液を、押出しチャンバから押し出し、少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間に通す工程、及び
（ｃ）前記壁の、前記液体に対して透過性である少なくとも一部をはさんで、圧力差を設けることによって、液体の実質的部分を除去し、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成して脱水ペーストをグリーン体のための最終形状にする工程
を含む方法。
【請求項２】
押出しチャンバが、最終生成物と実質的に同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、最終生成物と同じ原理の断面ジオメトリを有し、押出しチャンバに嵌入するピストンによって加圧される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
懸濁液が、押出しチャンバ中を脱水部へと流れる際に実質的に断面の縮小だけを受け、それにより、デッドスポットの形成が実質的に防止され、押出しチャンバの断面積が押出し物の断面よりも大きい、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
懸濁液が１：２〜１：１０の間の断面縮小を受ける、請求項３記載の方法。
【請求項５】
縮小が１：３〜１：６の間である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
工程（ａ）における懸濁液の供給が、工程（ｂ）の押出し中に懸濁液が強制的に通される押出しチャンバの端部又はその近くに位置する、押出しチャンバへの少なくとも一つの入口を介する、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
工程（ａ）における懸濁液の供給が、押出し工程が完了し、押出しチャンバが空になったときピストンヘッドが配置されるところに位置する少なくとも一つの入口を介する、請求項２記載の方法。
【請求項８】
工程（ｂ）で、高圧が、ピストンの運動線に対して傾斜しているピストンヘッドの前面によって懸濁液に加えられる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
傾斜が、押出し工程が完了したとき、次の工程又は工程の一部のために工程（ａ）で押出しチャンバを充填するための懸濁液の流れがピストン前面を清浄するような傾斜である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
各工程（ａ）における押出しチャンバの充填が、引き込み位置へのピストンの動きを生じさせるか、その動きを支援する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
工程（ａ）を実施する際の圧が２０バール未満である、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
圧が１０バール未満である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｂ）で懸濁液に加えられる圧が８０〜２４０バールである、請求項１〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
加えられる圧が１００〜１８０バールである、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
液体中の粒子状物質のペースト又は懸濁液（以下まとめて「懸濁液」という）からのグリーン体押出しに使用するための装置であって、
押出しチャンバ、
少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間、
懸濁液を比較的低い圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを実質的に充填するための手段、及び
押出しチャンバ中の懸濁液に実質的に高めの圧を加え、懸濁液を押出しチャンバから成形空間に強制的に通し、それによって、前記壁の、前記液体に対して透過性の少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成し、脱水ペーストをグリーン体のための最終形状にするための手段
を含む装置。
【請求項１６】
押出しチャンバが、最終生成物と同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、装置がさらに、押出しチャンバを加圧するための、最終生成物と同じ断面ジオメトリを有し、押出しチャンバに嵌入するピストンを含む、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
押出しチャンバが、懸濁液が押出しチャンバ中を脱水部へと流れる際に断面の縮小だけを受けるように動作可能であり、それにより、デッドスポットの形成が実質的に防止され、押出しチャンバの断面積が押出し物の断面よりも大きい、請求項１５又は１６記載の装置。
【請求項１８】
押出しチャンバが、懸濁液が１：２〜１：１０の間の断面縮小を受けるように動作可能である、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
縮小が１：３〜１：６である、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
懸濁液を供給するための手段が、高圧を加えるための前記手段によって懸濁液が強制的に通される押出しチャンバの端部又はその近くに位置する、押出しチャンバへの少なくとも一つの入口を含む、請求項１５〜１９のいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
懸濁液を供給するための手段が、押出し工程が完了し、押出しチャンバが空になったときピストンヘッドが配置されるところに位置する少なくとも一つの入口を含む、請求項１６記載の装置。
【請求項２２】
高圧を加えるための手段が、工程（ｂ）で、ピストンの運動線に対して傾斜しているピストンヘッド前面によって懸濁液に加えられる、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
傾斜が、押出し工程が完了したとき、次の工程又は工程の一部のために押出しチャンバを充填するための懸濁液の流れがピストン前面を清浄するような傾斜である、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
懸濁液を供給するための手段が、引き込み位置へのピストンの動きを生じさせるか、その動きを支援するように調節される、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
供給手段が、２０バール未満、たとえば１０バール未満の圧で懸濁液を供給するように動作可能である、請求項１５〜２４のいずれか１項記載の装置。
【請求項２６】
圧供給手段が、８０〜２４０バール、たとえば１００〜１８０バールの圧で懸濁液を強制するように動作可能である、請求項１５〜２５のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、粒子状物質のペースト又は懸濁液（以下まとめて「懸濁液」という）からのグリーン体押出しの方法及び装置に関する。方法は、押出しの過程で懸濁液から液体を除去することを含み、以下この除去を「脱水」と呼ぶ。しかし、脱水は、液体が水であるかどうかにかかわらず、懸濁液の粒子状物質から適当な液体を除去することを包含するものと理解されなければならない。
【０００２】
発明の背景
懸濁液の押出しのための従来の押出し機には二つの基本タイプがある。それぞれバッチ式又は連続式に作動するラム及びスクリュー押出し機である。いずれの場合も、押出し機の下流端は、ダイエントリ及びダイランドを備えたダイからなる。ダイエントリは押出し物を所望の断面形状に成形し、さらに、断面の縮小を提供して成形工程を一定の適当な圧の下で実施することを可能にする。
【０００３】
ラム押出し機は、フィードチャンバの中でピストンによって加圧される所定量の懸濁液材料とで作動する。フィードチャンバはダイに通じ、このダイが、材料がダイに通して押し出されるときその材料を成形する。押出し圧は、ダイによって押出し物に加えられる抵抗によって決まる。すなわち、押出し圧は、押出し物の流動学的性質と押出し速度との組み合わせによって決まる。
【０００４】
スクリュー押出し機は、ハウジング中でラムではなくスクリューを使用する。ハウジングは、懸濁液の材料を絶えず加圧下に置き、スクリューによってダイに送ることができるような方法でフィードチャンバに接続されている。この工程は、スクリューを逆方向に通過する材料の流れに対する抵抗がダイを通過する材料の流れに対する抵抗よりも大きい場合にのみ作動する。この条件が満たされるならば、押出し圧がダイによって押出し物に加えられる抵抗によって決まるという点で、状況はラム押出し機の場合と同じである。すなわち、この場合もまた、押出し圧は、押出し物の流動学的性質と押出し速度との組み合わせによって決まる。以下で見てゆくように、薄肉のセメント質製品を押出しする場合、この原理が基本的問題を生じさせる。
【０００５】
したがって、いずれの場合にも、押出し物、すなわち懸濁液の流動学的パラメータが押出し工程で主要な役割を果たす。懸濁液の流動学的パラメータは、多相又は単相モデルを出発点として採用することによって表すことができる。懸濁液は、いわゆる単相モデルを使用して多相懸濁液を表す場合、より理解しやすく、これに関して適切に表される。単相モデルでは、一つの構成関係を使用して懸濁液の流動学的挙動を表す。この理論的な単相材料の流動学的パラメータは、懸濁液の特性を暗に反映する汎化パラメータと見なされる。関連する性質は、粒度分布、粒度、粒子の表面特性、粒子の容積濃度及び流体が懸濁状態で存在するところの液体の流動学的パラメータである。
【０００６】
非線形又は非ニュートン性及び粘塑性である事実を全て特徴とする種々の懸濁液に関して多数の単相構成関係が示唆されている。すなわち、固体を変形させるためには一定の降伏応力に打ち勝たなければならず、ひとたび変形し始めると、それは非常に粘性であると仮定する。これは、いくつかの例として挙げられるBingham、Herschel-Bulkley及びCassonによって提案された関係に当てはまり、もっとも簡単なものは以下のBingham塑性関係である。
τ＝τ0＋μγ
式中、τは剪断応力であり、τ0は降伏応力であり、μは粘度であり、γは剪断ひずみ速度である。τ対γの線形関係のプロットでは、粘度μの値は得られる線の傾きであり、τ0はτ軸のカットオフである。
【０００７】
上記のように、単相モデルでは、降伏応力及び粘度は、当該懸濁液、すなわち液体（多くの場合、水）及び粒子の種々の相の関数である。液体の粘度は懸濁液の粘度に影響し、粒子の充填、表面特性及び粒度分布は、粘度に加えて降伏応力にも影響する。
【０００８】
懸濁液の粘塑性は、押出し工程の矛盾する要求に付される。押出し物の寸法安定性は主として高い降伏応力（また、後処理が遅い場合には、高い粘度（後処理とは、乾燥、化学反応又は類似の処理である））を要する。ダイを通過する流れを促進する観点から、静的ゾーンの形成を防止し、押出し圧を抑制するためには、降伏応力が抑えられるべきであるが、処理を円滑にし、押出し圧を抑制するためには、懸濁液の粘度ができるだけ低いべきである。最後に、固体粒子に対する液相の移動による大規模な相移行又は分離を防ぐために、液体の粘度は高いべきである（ひいては、高い懸濁液粘度を生じさせる）。
【０００９】
ダイを通過する流れの観点から、セメント質物質の押出しは、高い粒子間摩擦、硬化及び水和による静的ゾーンの破滅的影響ならびに相移行又は分離のしやすさのせいで、特に困難であることがわかっている。押出し物の寸法安定性を維持するため、比較的高い自重の材料が降伏応力に対して高い要求を課し、それが押出し機の中の流れをさらに複雑化する。その結果、薄肉のセメント質大規模要素の押出しは、降伏応力に対する矛盾する要求を解決することができる脱水押出し原理の発見まで、不可能であった。
【００１０】
脱水押出しでは、降伏応力に対する矛盾する要求は、高圧下の脱水を可能にすることにより、押出し中に懸濁液を固体へと相転移させることによって解消することができる。これは、懸濁液を脱水し、粒子どうしを押し合わせることによって圧密し、いかなる懸濁液よりも数桁大きい降伏応力を有する固体を形成する脱水部を含むダイに追加機構を導入することによって促進される。脱水部を有する押出し機により、懸濁液の降伏応力を望みの低さに維持することができる。
【００１１】
脱水押出し機における圧密押出し物の高い降伏応力によって、押出し物は、もはやダイの下流端を通っては流れず、硬い塊として、たとえばダイの内側部分と外側部分との間の相対的な往復運動によって運ばれる。これは、脱水押出し機とラム及びスクリュー押出し機のいずれかとの根本的な違いを生じさせる。一方、脱水押出し機では、押出し圧は、ダイエントリを通過する押出し物が受ける抵抗（圧力降下）から独立して選択することができる。他方、脱水押出し機では、ダイエントリを通過する押出し物の流れのせいで起こる一つの圧力降下（できるだけ低く維持するべきである）ならびにダイランドの脱水部及び摩擦部を通して受けるもう一つの圧力降下（脱水工程を促進するためにできるだけ高く維持するべきである）がある。他方、旧来のラム又はスクリュー押出し機では、押出し圧は、ダイエントリを通過する押出し物だけによって決まる。
【００１２】
ＵＳ６，３９８，９９８号（Krenchelら）及びＥＰ０７６８９４１におけるその対応物は、本明細書で「脱水押出し」と呼ぶものによる、粒子状物質から成形物を製造する方法及び装置を記載している。方法及び装置は、パイプ押出しのための円形断面を有する一般的な押出し機を示すKrenchelらの図１によって示されている。Krenchelらの図１の押出し機は四つの部分からなる。これらは、圧縮される流動性懸濁液の供給のための入口部Ａであり、懸濁液が前方に流れる流動部Ｂに通じている。流動部Ｂは、排水圧密部Ｃ（外側及びおそらくは内側の型の壁が穿孔されている）に通じ、その後に固体摩擦部Ｄがある。脱水及び圧密は、流動部Ｂ及び排水圧密部Ｃの少なくとも隣接部分で支配的である高い静水圧により、徐々に起こると記載されている。
【００１３】
Krenchelらでは、懸濁液を完全な成形空間に導入する工程及び排水圧密部Ｃの液体透過性壁をはさんで圧力差を設けることによって液体の少なくとも主要な部分を除去する工程が、高圧スラリーポンピング法として開始し、パウダープレス法として終了するように実施されるということが示されている。懸濁液は、余剰の液体を有し、薄いスラリーから濃いペーストまでの範囲の稠度を有する液体と乾燥固形分との均質な混合物、たとえば重量比１：１の液体／固形分の混合物からなる。
【００１４】
Krenchelらではさらに、混合工程を公知の方法そのもので実施することができると示されている。これは、高圧ポンプによって押出し機の入口部Ａに供給するための、所望の流動性のペースト状懸濁液を製造する高性能ミキサの使用を含むことができる。懸濁液の導入及びその脱水は、微孔質の液体透過性壁を備えた密閉型にスラリーを汲み込み、孔のある壁をはさんで懸濁液と外側とで２０〜４００バール、好ましくは５０〜２００バール、より好ましくは５０〜１００バールの圧力差を設けるのに十分に高い圧を型中の懸濁液に加えることによって実施される工程として記載されている。
【００１５】
Krenchelらは、成形空間の内側を流れる懸濁液に高い圧を設ける課題に対する実用的な解決手段に触れていないが、ただし、高圧ポンピングの概念が（連続）処理の第一の部分を特徴づけると述べられている。課題に対する実用的な解決手段は、Naaman & Reinhardtによって編集されたHigh Performance Fiber Reinforced Cement Composites (HPFRCC3)（RILEM Publications）におけるStangら（１９９９）「Extrusion of ECC-Material」によって提示されている。Stangらでは、Krenchelらで記載された原理にしたがって作動する実験用押出し機が記載されている。この実験用押出し機の成形空間及び押出しチャンバは全く同一であって、外側シリンダ及び内部コアからなり、コアと外側シリンダとの間に環状の成形空間を残す。成形空間は、その後端が、コアと押出し機のシリンダとの間のシールによって閉じられる。押出しチャンバの後端と連絡するフィードシリンダ中のフィードピストンによって圧密圧力が懸濁液に加えられ、フィードシリンダ軸が押出しチャンバ軸に対して垂直である。加圧された懸濁液は、フィードシリンダから押出しチャンバへの入口を通って、常に開いている押出しチャンバに入ることができる。圧密（又は脱水）圧力は、フィードピストンを制御するアクチュエータによって制御することができる。押出し工程の間、加圧された懸濁液がフィードシリンダから環状の押出しチャンバに流れ込む。したがって、懸濁液材料は、コアと押出しチャンバの外側シリンダとの間で成形され、さらなる寸法変化を起こすことなく脱水部に向かって流れる。この実験用押出し機では、加圧シリンダを満たさなければならず、この間、処理は停止する。
【００１６】
われわれは、Stangらのフィードシリンダを別のフィードシリンダによって補足又は高圧ポンプに交換すると、連続押出しが可能になるということを見いだした。しかし、Stangらの実験用押出し機の原理にしたがって設計された押出し機を連続製造で使用する場合、問題が生じる。もっとも深刻な問題は、前圧密の問題、すなわち、押出し機の脱水部以外の場所での懸濁液の内部脱水の問題である。この問題の根源は、懸濁液が圧力勾配に付されるとき脱水が起こる危険が常にあるということである。脱水部（意図的に脱水を起こす場所）では、懸濁液は、有孔壁をはさんで存在する圧力勾配、すなわち大気圧と懸濁液圧との差に付される。小さな孔径は固体粒子の通過を阻止するが、水は絞り出され、脱水が強制的に起こる。
【００１７】
しかし、固体粒子の移動が障害を受けずに脱水が起こることさえある。境界条件が許すならば、懸濁液に加わる特定の規定の圧力降下が一定の流量まで生じる。セメント質懸濁液は多相物質（液体ならびに多数の異なる粒子及びおそらくは繊維）であるため、この流れは、少なくとも二つの異なる方法、すなわち懸濁（又は連続体）流又は粒子間の水流で実現することができる。後者の流れモードは、先に相移行又は分離として述べたものである。相移行を実現することができるもう一つの方法は、水及び粒子の一部が粒子の残りの間を流れる方法である。抵抗が最も小さい流れモードが流れモードを支配する。懸濁（又は連続体）流以外の流れモードが相移行又は分離と呼ばれる。所与の条件下で分離に対して高い抵抗を有する懸濁液は安定な懸濁液と呼ばれ、分離しやすい懸濁液は不安定な懸濁液と呼ばれる。ひとたび相分離が始まると、それは通常、不可逆性の過程である。分離は、粒子濃度が高めの、ひいては降伏応力が高めの静的ゾーンを生じさせる。これは、静的物質を除去することをさらに困難にし、静的物質は、完全に前圧密された物質が形成するまで脱水し、おそらくは成長し続ける。
【００１８】
押出し機では、摩擦による流れ方向、コーナー周辺の流れ及び流路中の断面変化により、圧力差が常に存在する。さらには、セメント質懸濁液は流動性の点でビンガム塑性材料のように挙動する（ニュートン液としては挙動しない）ため、懸濁液を流れさせるためには、懸濁液中に一定の剪断応力が存在しなければならない。これは、すべての懸濁液が押出し機チャンバ中を流れるわけでなく、ひいては静的ゾーンが形成されてしまう潜在的な危険があることを意味する。圧力差により、脱水し、成長する傾向のあるデッドスポットが存在するであろう。
【００１９】
Stangらの押出し機は、前圧密の問題を生じさせ、工業生産に適さないものにする。入口で、入口を通過し、コアを取り囲む懸濁液の流れパターンは、デッドスポットを生じさせるようなパターンである。デッドスポットが形成するところの流れは高圧で発生する。したがって、かなりの量の脱水がこれらのデッドスポットで起こり、最終的に、流路が遮断され、脱水物質が水和し始める。この問題は、簡単なパラメータ変更で解消することはできない。適用される懸濁液圧密圧力の低下は、脱水部における脱水速度を低下させ、それにより、押出し速度を工業用押出し機で必要な速度（たとえば１分あたり押出し物約１m）未満に低下させる。また、懸濁液の安定性の増大（粒度及び水粘度の変更）は脱水デッドスポットの発生を減速又は阻止するが、脱水部における脱水がデッドスポットにおける脱水と同じ原理にしたがって作用するため、押出しを減速させるであろう。
【００２０】
発明の概要
本発明は、粒子状物質のペースト又は懸濁液を脱水することによってグリーン体押出しを可能とし、高圧下における動作を促進し、それによって実用的な生産速度を可能にする方法及び装置を提供することを目的とする。この方法はインライン脱水押出し法と呼ばれ、対応する装置はインライン脱水押出し機と呼ばれる。
【００２１】
われわれは、グリーン体押出し物を製造するための懸濁液の脱水押出し法において、懸濁液安定性及び脱水／分離の危険を支配するいくつかの基本的な関係があるということを見いだした。われわれは、所与の状況における脱水速度が圧力差に概ね比例するということを見いだした。
【００２２】
本発明にしたがって、液体中の粒子状物質のペースト又は懸濁液（以下まとめて「懸濁液」という）からのグリーン体押出し法であって、
（ａ）懸濁液を比較的低い圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを実質的に充填する工程、
（ｂ）工程（ａ）が完了すると、実質的に高めの圧を懸濁液に加え、それにより、懸濁液を、押出しチャンバから押し出し、少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間に通す工程、及び
（ｃ）前記壁の、前記液体に対して透過性である少なくとも一部をはさんで、圧力差を設けることによって、液体の実質的部分を除去し、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成して脱水ペーストをグリーン体のための最終形状にする工程
を含む方法を提供する。
【００２３】
本発明の方法で、連続処理の概念を捨て、押出しチャンバの低圧充填を懸濁液の高圧押出しから切り離す。それにより、工業規模の押出し速度を確立するのに十分な押出し圧が容易になる。押出しチャンバの充填は、低圧、たとえば２０バール未満、好ましくは１０バール未満で実施される。
【００２４】
懸濁液を押出しチャンバから成形空間に押し込むための実質的に高めの圧の適用は、少なくとも８０バール、たとえば８０〜２４０バール、より好ましくは１００〜１８０バール、もっとも好ましくは約１５０バールで実施される。
【００２５】
押出しチャンバは、最終生成物と同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、もっとも好ましくは、最終生成物と同じ断面ジオメトリを有する（そして、押出しチャンバに嵌入する）ピストンによって加圧される。その過程で、懸濁液は、押出しチャンバ中を脱水部へと流れる際に断面の縮小だけを受けることができ、デッドスポットの形成を防止することができる。この場合、押出しチャンバの断面積は、押出しされる物体の断面よりも大きい。断面積縮小は、１：２〜１：１０の間、好ましくは１：３〜１：６の間であることができる。
【００２６】
前圧密の危険をさらに抑えるため、押出しチャンバへの入口は、工程（ｂ）の押出し中に懸濁液が強制的に通される押出しチャンバ端部又はその近くに配置されている。したがって、入口は、押出し工程が完了し、押出しチャンバが空になったときピストンヘッドが配置されるところに位置することができる。
【００２７】
さらに、ピストンヘッドは、ステップ（ｂ）で懸濁液に高圧を加える、ピストンの運動線に対して傾斜している前面を有することができる。この傾斜は、好ましくは、ピストンヘッドの全押出し工程が完了したとき、次の工程又は工程の一部のために工程（ａ）で押出しチャンバを充填するための懸濁液の流れがピストンの前面を清浄するような傾斜である。また、各工程（ａ）における押出しチャンバの充填は、ピストンのその引き込み位置への動きを生じさせるか、その動きを支援することができる。
【００２８】
好ましい形態では、本発明の方法（インライン脱水押出し法）は、
（ａ）懸濁液を、２０バール未満、好ましくは１０バール未満の比較的低い圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを実質的に充填する工程、
（ｂ）工程（ａ）が完了すると、８０バールを超える、たとえば８０〜２４０バールの実質的に高めの圧を懸濁液に加え、それにより、懸濁液を、少なくとも部分的に液体透過性の壁をを備えた成形空間に強制的に通す工程、及び
（ｃ）前記壁の、前記液体に対して透過性である少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成する工程
を含み、成形物は、押出しチャンバに対して１：２〜１：１０の間、好ましくは１：３〜１：６の間の縮小された断面を有する。
【００２９】
本発明はまた、液体中の粒子状物質のペースト又は懸濁液（以下まとめて「懸濁液」という）からのグリーン体押出しに使用するための装置（インライン脱水押出し機）であって、
押出しチャンバ、
少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間、
懸濁液を比較的低い圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを実質的に充填するための手段、
押出しチャンバ中の懸濁液に高圧を加え、懸濁液を押出しチャンバから成形空間に強制的に通し、それによって、前記壁の、前記液体に対して透過性の少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成し、脱水ペーストをグリーン体のための最終形状にするための手段
を含む装置を提供する。
【００３０】
本発明をより容易に理解することができるよう、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
図２〜５は、図１の装置１０と同じ部品を示す。したがって、同じ参照番号によって図１〜５それぞれの同じ部品を指定する。
【００３２】
装置１０は、セメント質懸濁液の円柱形のグリーン体を製造するのに適した形態であり、押出しコンクリートパイプを硬化させて製造するのに適している。したがって、装置１０は、円形の断面を有するが、他の断面形状の製品の押出しのための他の形状も可能である。
【００３３】
図１を参照すると、装置１０は、外側の円球形部分又はハウジング１２を有し、その内部に内側部品又はマンドレル１４が配置されている。環形の押出しチャンバ１６が、ハウジング１２内における、マンドレル１４の周囲に画定されている。環状のピストン１８がハウジング１２中をマンドレル１４に沿ってスライド可能である。マンドレル１４をハウジング１２中に取り付ける手段は、図解を簡潔にするために図示されていないが、本明細書中、後で詳述する場合を除き、ピストン１８を長手方向に移動させるための手段も同じく省略されている。しかし、各図に示す向きで、ピストン１８は、装置１０の押出し工程の際には右に進み、その後、次の工程に備えて後方に移動する。
【００３４】
装置１０は、図１では右側のその前端に、ハウジング１２の前端と同心的であるスリーブ２０を有している。スリーブ２０は、矢印「Ｘ」によって表すように、長手方向に往復動可能である。ハウジング１２の前端縁はスリーブ２０の中にあり、それらの間にシール２２が設けられている。マンドレル１４は、ハウジング１２の前端を超えるところで、ただしスリーブ２０内に同心的に、拡大したヘッド部２４を有している。チャンバ１６と連絡している環状の成形空間２６がスリーブ２０及びマンドレルヘッド部２４によって画定されている。スリーブ２０及び部分２４それぞれは、液体透過性である周壁を含む。透過性は、たとえばKrenchelらへの米国特許第６，３９８，９９８号に記載されているような形状の複数のノズル又はスロット２８及び３０それぞれによって提供される。
【００３５】
ハウジング１２は、ヘッド部２４に通じるマンドレル１４のテーパ状移行部に隣接して、成形空間２６から短い距離のところに、押出しチャンバ１６と連絡する入口３２を画定している。図示しないが、各入口３２は、水性セメント質懸濁液３３（図２〜５を参照）が適当な比較的低圧の供給源から供給されることができる通路に接続している。
【００３６】
作動サイクルが開始すると、ピストン１８は、図２に示す右極端の位置にあって、その前端面３４が入口３２に隣接するようになっている。ピストン１８がその位置にあると、押出しチャンバ１６は容積が最小になる。図示するように、面３４は、ピストン１８の移動線に対して傾斜している。実際、ピストンは環状であるため、面３４は、図示する向きでは右である押出し方向に先細りする円錐台形を有している。構造は、懸濁液３３が、図２の矢印Ｙによって示すように入口３２を介して押出しチャンバ１６に供給されるとき、圧密した粒子状物質を押し退けることにより、面３４の周辺を一掃し、清浄するような構造である。
【００３７】
懸濁液３３がチャンバ１６に供給される前に、装置１０の前方の出口端を閉じることが必要である。このために、図２に示すように、たとえば鋼製のキャップ３６がその端部にたとえば水圧下で装着され、固定されている。キャップ３６が配置されると、懸濁液３３は、比較的低い圧で、入口３２を介して押出しチャンバ１６に供給される。懸濁液３３は、２０バール未満、好ましくは１０バール未満の圧にあることができる。このような低い圧にもかかわらず、懸濁液３３は、ピストン１８を後方に移動させる、又はその移動に貢献することができ、あるいは、ピストン１８は、水圧アクチュエータのような適当な手段によって、図３に示す、図示する向きでは左極端の位置に動かされる。この段階で、チャンバ１６は、懸濁液３３を満杯に供給され、装置１０は、押出し工程を開始する準備が整う。その工程の第一段階は、懸濁液３３の放出に対して入口３２を閉じることであるが、このための手段は、入口３２ごとに３２ａとして略されている以外には図示されていない。押出しのために、高圧がピストン１８に加えられ、ひいては、ピストン１８が右に駆動されるとともにチャンバ１６中の懸濁液３３にも加えられる。
【００３８】
高圧は、適当な手段によってピストン１８に加えることができる。この高圧が加わると、懸濁液３３は、押出しチャンバ１６からハウジング１２とマンドレルヘッド部２４との間のテーパ状通路３８を通って成形空間２６に押し込まれる。懸濁液が収容され、動かされるところの容積の断面形状は、チャンバ１６の主要部から空間２６まで実質的に同じであり、この場合は環状である。しかし、懸濁液３３が動かされるところの面積は、押出し方向に好ましくは減少し、もっとも好ましくは次第に減少する。この減少は、空間２６の断面積とチャンバ１６の最大断面積との比が１：２〜１：１０の範囲内、好ましくは１：３〜１：６の範囲内であるような減少である。したがって、懸濁液３３が空間２６に入る前にデッドスポットが発生する、又は懸濁液３３の脱水が起こる機会はほとんど又は全くない。
【００３９】
成形空間２６の中では、懸濁液３３は、ノズル又はスロット２８及びノズル又はスロット３０をはさんでの圧力差の影響下で徐々に脱水される。いずれの場合も、圧力差は、ピストン１８によって懸濁液３３に加えられる圧ならびにスリーブ２０の外側及びマンドレルヘッド部２４を画定する壁の内側で優勢である周囲圧によって存在する。したがって、粒子状物質の非流動性の環状物体３７が成形空間２６中に構築される。キャップ３６の保持がその環状物体３７の形成の開始を支援する。Krenchelらへの上述の米国特許で記載されている方法で、非流動性物体３７は、さらなる懸濁液３３が成形空間２６に押し込まれ、脱水されるにつれて押出しグリーン体として装置１０から前進することができ、スリーブ２０の周期的往復動により、非流動性物体３７の動きを遅らせるように作用する摩擦力を減らすことができる。非流動性物体の前進の初期段階で、キャップ３６が徐々に引き抜かれてその物体の安定化を支援する背圧を提供する。しかし、非流動性物体を含む比較的短い押出し物又はグリーン体４０（図４及び５を参照）の押出しののち、それがひとたびノズル又はスロット２８及び３０よりも先に進んだならば、キャップ３６を装置１０の前方出口端から取り去ることができる。これが、押出しされたグリーン体４０を装置１０のその端部よりも先に前進させることができる。
【００４０】
理解されるように、図１〜５の略図の性質は、部品が各図の平面に見られるようにのみ描かれるような性質である。しかし、システム全体は、図示する構造では、円形及び／又は環形である。したがって、ハウジング１２及びスリーブ２０はそれぞれ円柱形であり、チャンバ１６、通路３８及び成形空間２６はそれぞれ環形である。したがって、非流動性物体３７及びグリーン体４０はそれぞれ円柱形であり、グリーン体４０は、押出しセメント質パイプとしての使用に適した長さに押出し可能である。
【００４１】
本発明の方法及び押出し機は、限定されるものではなく、円形、長方形及び三角形を含むすべての薄肉断面付形材及び閉鎖薄肉断面材に適用される。さらには、本発明は、限定されるものではなく、平坦な板材及び波形板を含む中実な薄肉断面材に適用される。
【００４２】
本発明に適切な押出し材料は、限定されるものではなく、セメント質材料及び繊維強化セメント質材料、たとえばポルトランドセメントに基づく材料を含む懸濁液である。
【００４３】
最後に、本発明の本質又は範囲を逸することなく、様々な変形、改変及び／又は追加を前記部品の構造及び配置に導入してもよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の装置の垂直断面図である。
【図２】押出しサイクルの過程でそれぞれの状態にある装置を示す、図１に対応する図である。
【図３】押出しサイクルの過程でそれぞれの状態にある装置を示す、図１に対応する図である。
【図４】押出しサイクルの過程でそれぞれの状態にある装置を示す、図１に対応する図である。
【図５】押出しサイクルの過程でそれぞれの状態にある装置を示す、図１に対応する図である。
【図１】
2007511392.tif 000003
【図２】
2007511392.tif 000004
【図３】
2007511392.tif 000005
【図４】
2007511392.tif 000006
【図５】
2007511392.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月14日(2005.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中のセメント質粒子状物質のペースト又は懸濁液からのセメント質グリーン体押出し方法であって、
（ａ）セメント質ペースト又は懸濁液を、２０バール未満の低圧で、その中で動作可能なピストンを有する押出し機の押出しチャンバに供給し、それによって前記チャンバを低圧で充填する工程、
（ｂ）工程（ａ）が完了すると、少なくとも８０バールの高圧をピストンによってペースト又は懸濁液に加え、それにより、ペースト又は懸濁液を、押出しチャンバから、少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間に通す工程、及び
（ｃ）工程（ｂ）で加えた高圧により、前記壁の、前記液体に対して透過性である少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成し、維持して、脱水ペーストをグリーン体のための最終形状にする工程
を含み、押出しチャンバが、最終生成物と実質的に同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、懸濁液を加圧するピストンが、押出しチャンバに嵌入するために最終生成物と同じ断面ジオメトリを有するものである方法。
【請求項２】
ペースト又は懸濁液が、押出しチャンバ中を脱水部へと流れる際に実質的に断面の縮小だけを受け、押出しチャンバの断面積が押出し物の断面よりも大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ペースト又は懸濁液が１：２〜１：１０の断面縮小を受ける、請求項２記載の方法。
【請求項４】
縮小が１：３〜１：６である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
工程（ａ）におけるペースト又は懸濁液の供給が、工程（ｂ）の押出し中にペースト又は懸濁液が強制的に通される押出しチャンバの端部又はその近くに位置する、押出しチャンバへの少なくとも一つの入口を介する、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
工程（ａ）におけるペースト又は懸濁液の供給が、押出し工程が完了し、押出しチャンバが空になったときピストンヘッドが配置されるところに位置する少なくとも一つの入口を介する、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
工程（ｂ）で、高圧が、ピストンの運動線に対して傾斜しているピストンヘッド前面によってペースト又は懸濁液に加えられる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
傾斜が、押出し工程が完了したとき、次の工程又は工程の一部のために工程（ａ）で押出しチャンバを充填するためのペースト又は懸濁液の流れがピストン前面を掃くような傾斜である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
各工程（ａ）における押出しチャンバの充填が、引き込み位置へのピストンの動きを生じさせるか、その動きを支援する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
工程（ａ）を実施する際の低圧が１０バール未満である、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｂ）でペースト又は懸濁液に加えられる高圧が８０〜２４０バールである、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
加えられる圧が１００〜１８０バールである、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
液体中の粒子状物質のセメント質ペースト又は懸濁液からのセメント質グリーン体押出しに使用するための装置であって、
押出しチャンバ、
押出しチャンバを加圧するためのピストン、
少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間、
ペースト又は懸濁液を２０バール未満の低圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを充填するための手段、及び
押出しチャンバ中のペースト又は懸濁液に少なくとも８０バールの高圧を加え、ペースト又は懸濁液を押出しチャンバから成形空間に強制的に通し、それによって、前記液体に対して透過性の前記壁の少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成し、維持し、脱水ペースト又は懸濁液をグリーン体のための最終形状にするための手段
を含み、押出しチャンバが、最終生成物と実質的に同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、ピストンが、押出しチャンバに嵌入するために最終生成物と同じ断面ジオメトリを有するものである装置。
【請求項１４】
押出しチャンバが、ペースト又は懸濁液が押出しチャンバ中を脱水部へと流れる際に断面の縮小だけを受けるように動作可能であり、押出しチャンバの断面積が押出し物の断面よりも大きい、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
押出しチャンバが、ペースト又は懸濁液が１：２〜１：１０の断面縮小を受けるように動作可能である、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
縮小が１：３〜１：６である、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
ペースト又は懸濁液を供給するための手段が、高圧を加えるための前記手段によって懸濁液が強制的に通される押出しチャンバの端部又はその近くに位置する、押出しチャンバへの少なくとも一つの入口を含む、請求項１３〜１６のいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
ペースト又は懸濁液を供給するための手段が、押出し工程が完了し、押出しチャンバが空になったときピストンヘッドが配置されるところに位置する少なくとも一つの入口を含む、請求項１３〜１７のいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
高圧を加えるための手段が、工程（ｂ）で、ピストンの運動線に対して傾斜しているピストンヘッド前面によってペースト又は懸濁液に加えられる、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
傾斜が、押出し工程が完了したとき、次の工程又は工程の一部のために押出しチャンバを充填するためのペースト又は懸濁液の流れがピストン前面を掃くような傾斜である、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
ペースト又は懸濁液を供給するための手段が、引き込み位置へのピストンの動きを生じさせるか、その動きを支援するように調節される、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
供給手段が、１０バール未満の圧でペースト又は懸濁液を供給するように動作可能である、請求項１３〜２１のいずれか１項記載の装置。
【請求項２３】
圧供給手段が、８０〜２４０の圧でペースト又は懸濁液を強制するように動作可能である、請求項１３〜２２のいずれか１項記載の装置。
【請求項２４】
圧供給手段が、１００〜１８０バールの圧でペースト又は懸濁液を強制するように動作可能である、請求項２３記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月14日(2006.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
発明の概要
本発明は、セメント質粒子状物質のペースト又は懸濁液を脱水することによってグリーン体押出しを可能とし、高圧下における動作を促進し、それによって実用的な生産速度を可能にする方法及び装置を提供することを目的とする。この方法はインライン脱水押出し法と呼ばれ、対応する装置はインライン脱水押出し機と呼ばれる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
われわれは、グリーン体押出し物を製造するためのセメント質懸濁液の脱水押出し法において、懸濁液安定性及び脱水／分離の危険を支配するいくつかの基本的な関係があるということを見いだした。われわれは、所与の状況における脱水速度が圧力差に概ね比例するということを見いだした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明にしたがって、液体中のセメント質粒子状物質のペースト又は懸濁液からのセメント質グリーン体押出し法であって、
（ａ）セメント質ペースト又は懸濁液を、２０バール未満の低圧で、その中で動作可能なピストンを有する押出し機の押出しチャンバに供給し、それによって前記チャンバを低圧で充填する工程、
（ｂ）工程（ａ）が完了すると、少なくとも８０バールの高圧をピストンによってペースト又は懸濁液に加え、それにより、ペースト又は懸濁液を、押出しチャンバから、少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間に通す工程、及び
（ｃ）工程（ｂ）で加えた高圧により、前記壁の、前記液体に対して透過性である少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成し、維持して、脱水ペーストをグリーン体のための最終形状にする工程
を含み、押出しチャンバが、最終生成物と実質的に同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、懸濁液を加圧するピストンが、押出しチャンバに嵌入するために最終生成物と同じ断面ジオメトリを有するものである方法を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本発明はまた、液体中の粒子状物質のセメント質ペースト又は懸濁液からのセメント質グリーン体押出しに使用するための装置であって、
押出しチャンバ、
押出しチャンバを加圧するためのピストン、
少なくとも部分的に液体透過性の壁によって画定された脱水部を備えた成形空間、
ペースト又は懸濁液を２０バール未満の低圧で押出しチャンバに供給し、押出しチャンバを充填するための手段、及び
押出しチャンバ中のペースト又は懸濁液に少なくとも８０バールの高圧を加え、ペースト又は懸濁液を押出しチャンバから成形空間に強制的に通し、それによって、前記液体に対して透過性の前記壁の少なくとも一部をはさんで圧力差を設けることによって液体の実質的部分を除去して、前記粒子状物質の非流動性成形物を形成し、維持し、脱水ペースト又は懸濁液をグリーン体のための最終形状にするための手段
を含み、押出しチャンバが、最終生成物と実質的に同じ原理の断面ジオメトリ又は形状を有し、ピストンが、押出しチャンバに嵌入するために最終生成物と同じ断面ジオメトリを有するものである装置を提供する。
【国際調査報告】
2007511392.tif 000008
2007511392.tif 000009