(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末又は粒子を加圧することにより圧縮タイルを成形するためのシステム（１０）であって、
粉末排出アセンブリ（１２）と、
圧縮物品と実質的に同じ大きさ又は圧縮物品よりも大きい底部プレート（２２）、粉末の一部を分離させる拘束手段、及び上部パンチ（２４）を含む非キャビティ加圧アセンブリ（２０）と、
前記粉末及び前記圧縮タイルを搬送する空気透過性の搬送ベルト（１４）であって、前記非キャビティ加圧アセンブリ（２０）を出た後、底部プレート（２２）の下に戻る搬送ベルト（１４）と、
を含み、
加圧領域の前記底部プレート（２２）が移動可能であり、加圧の間、前記底部プレート（２２）は、回帰する前記搬送ベルト（１４）を捕捉する場所に落ち込んで前記上部パンチ（２４）の連続的な底部支持体を形成し、前記搬送ベルト（１４）が移動している間、前記底部プレート（２２）は、装置の前面に戻る前記搬送ベルト（１４）が前記底部プレート（２２）の下を通過するように上昇させられ、
前記底部プレート（２２）は、圧力下で加圧されたタイルの大きさ全体が受ける加圧力における変動を除去する、オイル及びゴムにより力を配分かつ均等化するプレートであり、
前記上部パンチ（２４）が、前記拘束手段によって拘束された、粉末又は高密度化された粉末を、１５０ｋｇ／ｃｍ２〜５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力を用いて高度に高密度化した物品へと圧縮することを特徴とするシステム（１０）。
【請求項２】
部分的に粉末の圧縮及び脱気をする圧縮アセンブリ（１６）を更に含み、
前記圧縮アセンブリ（１６）が、異なる直径の３つのローラ（３４）及び圧縮第２ベルト（３６）を含み、前記圧縮第２ベルト（３６）は、搬送ベルト（１４）と前記圧縮第２ベルト（３６）との間の間隔が、高密度化領域の端部に位置するローラ（３４）の高さにより設定される距離に達するまで徐々に減少するように配置することができる請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
ローラ（３４）の２つが、ツインローラである請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
圧縮アセンブリ（１６）が、高密度化領域を形成するために、粉末の密度を３％〜３０％増加させる請求項２から３のいずれかに記載のシステム（１０）。
【請求項５】
加圧前に粉末上に装飾材料を添加する装飾ユニット（１８）を更に含み、
装飾領域を形成するために、釉薬装飾材料が搬送ベルト（１４）上の部分的に高密度化された粉末の移動連続層に適用され、
前記釉薬装飾材料が、着色釉薬材料である請求項１から４のいずれかに記載のシステム（１０）。
【請求項６】
底部プレート（２２）の上部に固定されている搬送ベルト（１４）の下部に可撓性の格子（２３）を更に含み、前記底部プレート（２２）が、等方性プレートである請求項１から５のいずれかに記載のシステム（１０）。
【請求項７】
拘束手段は、円形、正方形、三角形、又は不規則的な形状を含む形状のナイフエッジ状拘束キャビティフレーム（２６）であり、それが加圧される粉末の連続層の一部を分離させ、圧縮物品に対する横方向の支持を提供し、ここで、前記拘束手段は、搬送ベルト（１４）の損傷を回避するために前記搬送ベルト（１４）と整列した支持体上に載置される請求項１から６のいずれかに記載のシステム（１０）。
【請求項８】
非キャビティ加圧アセンブリ（２０）は、上部パンチ（２４）が除去される前に、拘束キャビティフレーム（２６）が圧縮物品から除去されるように構成される請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
タイルを連続的に加圧するための方法であって、
移動する空気透過性の搬送ベルト（１４）を介して加圧する粉末を加圧領域へと搬送する工程と、
ナイフエッジ形状のキャビティフレームを前記粉末へと下降させて前記粉末の一部を拘束する工程と、
上部パンチ（２４）を前記ナイフエッジ状のキャビティフレームの境界内へと下降させて、前記搬送ベルト（１４）上の前記粉末を圧縮物品へと圧縮する工程と、
前記ナイフエッジ状のキャビティフレームを前記圧縮物品から持ち上げる工程と、
前記上部パンチ（２４）を前記圧縮物品から持ち上げる工程と、
連続的に新たな粉末を前記加圧領域へと移動させつつ前記搬送ベルト（１４）に沿って前記圧縮物品を移動させる工程と、
を含み、
前記加圧領域を出た後、前記搬送ベルト（１４）は底部プレート（２２）の下に戻り、加圧の間、前記底部プレート（２２）は、回帰する前記搬送ベルト（１４）を捕捉する場所に落ち込んで前記上部パンチ（２４）の連続的な底部支持体を形成し、
前記底部プレート（２２）は、圧力下で加圧されたタイルの大きさ全体が受ける加圧力における変動を除去する、オイル及びゴムにより力を配分かつ均等化するプレートであり、
前記加圧が、１５０ｋｇ／ｃｍ２〜５００ｋｇ／ｃｍ２の力で行われることを特徴とする方法。
【請求項１０】
粉末又は粒子が、フライアッシュ粉末、粘土粉末、粒状フライアッシュ、粒状粘土、又はこれらの組合せ或いは混合物を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
粉末が、最大９０％のフライアッシュを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上部パンチ（２４）が、その表面にエッチングされた、圧縮物品へと転写される模様を有する請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
圧縮手段によって粉末を部分的に高密度化する工程を更に含む請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
装飾ユニット（１８）によって高密度化された粉末を装飾する工程を更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
高密度化された粉末を装飾する工程が、装飾ユニット（１８）を用いて移動する搬送ベルト（１４）上の高密度化された粉末上に釉薬粉末を配置することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
圧縮手段が、空気透過性のベルト及び／又は異なる直径を有する３つのローラ（３４）を含む請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末を加圧して特にフライアッシュを含有する組成物から床や壁のセラミックタイルを成形するための装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック粉末は、典型的には、圧縮形状への加圧が行われるキャビティ内へと噴霧乾燥粘土系粉末を堆積させることによって、タイルや他の圧縮物品へと成形される。これは、当技術分野において乾式成形として知られている。前記粉末は、コンベア、単一のバッチホッパー、及び複数のバッチホッパーを含む多くの異なる方法によってキャビティ内に堆積させられる。
【０００３】
典型的に使用される装入ホッパーは、噴霧乾燥粒子を、キャビティ内に直接的に、又は単一バッチの測定量輸送トレイ上に堆積させる、振動する漏斗状の供給容器である。いずれの堆積においても、ホッパー内の噴霧乾燥粒子は、ホッパーの出口に隣接したホッパーの底部へと振り落とされる。堆積が起こると、ホッパーが開かれ、粉末をキャビティ内へ輸送する供給トレイ内へと所定量の材料が輸送される。
【０００４】
狭まった漏斗状の輸送容器内での、粉末の円滑な流れに短い不規則な中断を引き起こす粉末架橋の形成により、連続的な均一な粉末の堆積を維持することは困難である。これは、加圧キャビティ又はバッチ輸送容器等の制約された容積内へと粉末を堆積させるシステムにおいては、キャビティ内の粉末は均一に分散するよう操作することができるので、許容可能である。
【０００５】
粉末は、一度加圧キャビティ内に堆積させられると、加圧されて成形物品を成形する。圧縮物品は、底部プレートによりキャビティから排出され、取出しテーブルへと押し出されて乾燥機及び装飾ユニットへと進む。装飾後、物品は、焼成のためにキルン内へと直接移動させることができ、又は、再び加圧して物品の表面にデザインをインプリントした後、焼成のためにキルン内へと移動させることもできる。
【０００６】
セラミックタイルを加圧する間に多く発生する問題は、積層である。積層は通常、加圧の間に空気が粉末層の間に閉じ込められることにより発生する。これらの積層は、焼成中に問題を生じさせる。一般的に、閉じ込められた空気は、セラミック基質の中断を引き起こし、これが最終的な強度を減弱させて焼成物品の形状を変化させ得る。これらの積層を避ける１つの方法は、力を増加させながら複数回繰り返してゆっくりと物品を圧縮することである。物品が加圧され解放される度に、より多くの空気が物品外に抜き出されて更なる圧縮が実現される。このゆっくりとした工程は、最終物品における積層を排除するが、スループットを低下させ、生産ラインの効率を低下させる。
【０００７】
キャビティ内で圧縮された物品の別の問題は、それらが加圧キャビティから持ち上げられるか又は押し出される際、物品中で高まった残留した側圧が、物品がモールドの壁を脱する際に解放されることである。この横方向の緩和は、特に、例えば最大９０％の大量のフライアッシュを含有する組成物等の限定的な可塑性を有する組成物について、容易に物品の端部における亀裂に繋がり得る。フライアッシュ系組成物とは異なり、噴霧乾燥粘土系粉末の組成物は、これらの力に耐えるのに十分な弾性を有している。
【０００８】
この工程では、粘土粉末とフライアッシュ粉末との間の挙動に顕著な違いがある。本発明は、フライアッシュ系組成物を、床や壁のタイルだけでなく、他の物品へと圧縮することを可能にする。最大９０％のフライアッシュを含有する組成物は、円形で僅かな角を有する、大部分が非結晶性かつ非プラスチックの鉱物からなる。これが、フライアッシュ粒子が互いに捕捉又は架橋することなく自由に互いを超えて移動することを可能にし、これが生強度を低下させる。材料の生強度は、高圧で加圧成形した後の取扱い又は操作の際に、材料が自らを一体的に保持する能力として定義される。これらの滑らかな粒子形態のため、焼成を目的とした調製において圧縮されたフライアッシュ粒子は、遙かに低い生強度を有する。標準的な噴霧乾燥粘土系組成物は、乾燥される前は約４ｋｇ／ｃｍ２〜８ｋｇ／ｃｍ２の負荷（破壊試験の弾性率）に耐えることができる。最大９０％のフライアッシュを含有する組成物は、典型的には約１．５ｋｇ／ｃｍ２〜２ｋｇ／ｃｍ２の生強度を有する。フライアッシュ物品の生強度を増加させるために使用することができる添加剤がある。これらは、水、粘土、及び特許文献１（フライアッシュからの物品の製造）に記載されているような超可塑剤を含む。
【０００９】
従来の加圧機では、図１及び図２に示す機械のように、物品６は、プレート１及びプレート３によってキャビティ２内で加圧され、次いで底部プレートレベル４によって作業領域の表面に持ち上げられ、そこで押しアーム５がそれをコンベア上に移動させ、物品を乾燥機及び装飾ユニットへ、又は焼成のためにキルンへと搬送する。従来の噴霧乾燥粘土系組成物は、これらの操作に耐えるのに十分な加圧後の生強度を有する。最大９０％のフライアッシュを含有する組成物から作られた物品は、しかしながら、強化用添加剤が使用された後であっても、典型的にはあまりにも脆弱である。これが、主に焼成後にのみ可視化する内部の毛割れの発生により、許容できない程大量の破損タイルを生じさせる。
【００１０】
図２に示すように、従来のタイル加圧方法は、工程１１０において、キャビティに粉末を投入し、工程１２０において、加圧プレート及び等方性底部プレートレベル４で粉末を圧縮し、工程１３０において、上部パンチを離昇し、工程１４０において、圧縮物品６を持ち上げ、工程１５０において、押しアーム５によって物品６をコンベア７上へと、装飾領域又は乾燥領域へ向けて押す、という工程を含む。
【００１１】
特許文献２は、機械フレーム、粉末物品を加圧するためにキャビティ成形を使用するパンチング装置、排出装置、案内装置、支配プランジャー、排出装置を駆動するための油圧制御システム、及びコンベアに向けた供給装置を含むセラミックタイルの成形装置を開示している。前記実用新案は、異なる厚みのセラミックタイルを製造することができる。
【００１２】
より大きなセラミックス薄板を製造するために、特許文献２は、セラミックタイル成形品の搬送装置を開示しており、前記実用新案は、加圧機、上部パンチ、コンベア又は搬送ベルト、ベルトホイール及びホッパーから構成されるセラミックタイル成形装置におけるコンベア装置を提供する。供給コンベアベルトは、上部パンチと下部ダイ（キャビティ）との間を通過する。コンベアベルト及びベルトホイールは、組み合わさって環状コンベアシステム又は往復コンベアシステムとなる。特許文献３は、９０重量％、９２．５重量％、及び９５重量％の原炭フライアッシュからなるセラミック材料（棒）を開示しているが、半乾きの棒にするためにはどのように粉末を加圧するのか開示していない。
【００１３】
特許文献４は、６０重量％〜１００重量％のフライアッシュによりガラス−セラミックタイルを成形するための方法を開示している。フライアッシュは、酸化されている。酸化されたガラス成形材料は、ガラス溶融物を成形するためにガラス化される。このガラス溶融物が、次いでタイルに成形される。
【００１４】
これらの開示の全てが、参照することにより本願明細書に組み込まれる。
【００１５】
要約すると、標準的なセラミックタイルの製造方法においてフライアッシュを使用する場合の主要課題の１つは、加圧されたフライアッシュ系組成物が有する生強度が、その後の処理のために搬送されるコンベアベルト上にタイルを移動する際に掛かる物理的応力に耐えるには不十分なことである。
【００１６】
特別設計される加圧モールドアセンブリの作製は、２５％〜９０％又はそれ以上のフライアッシュを含有する組成物を使用するセラミックタイルの製造のために好適でない従来のセラミックタイル加圧モールドアセンブリの制限を克服する必要があった。
【００１７】
現在利用可能な加圧モールドアセンブリを試験し、商業的に利用可能な方法では以下の問題を克服することができないと結論付けられた。
【００１８】
Ａ）粉末の帯電
Ｂ）積層
Ｃ）キャビティからの排出の際の端部の亀裂
Ｄ）通常の生強度よりも弱いことに起因して物品中に形成される毛割れ
Ｅ）通常の生強度よりも弱いことに起因する大きな割合の破損
Ｆ）圧縮物品の大きさの制限
Ｇ）１分間の加圧ストローク数の減少
【００１９】
それ以降、上述の問題に関連する全ての課題を克服する工業規模の特別に構築された解決策がデザインされ、設計され、構築されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】国際公開第０５／０３３０４０号パンフレット
【特許文献２】中国実用新案第２６３１７２６Ｙ号明細書
【特許文献３】米国特許第５５２１１３２号明細書
【特許文献４】米国特許第５９３５８８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、例えば最大９０％の高割合のフライアッシュを含む代替セラミック組成物を、特に壁や床の高い安定した品質のセラミックタイルへと成形及び圧縮することが可能な装置、システム、及び方法を提供することにある。本発明の別の目的は、生産性を増加させるためにタイルを連続的に製造すること、及び異なる大きさ及び厚みのタイルを製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の装置、システム及び方法は、上述の全ての課題を克服する。この新規の方法、装置及びシステムは、従来の粘土材料に対しても使用し、エネルギーを節約して生産性を向上させることができる。
【００２３】
本発明は、完全に統合されたシステムを作るために繋ぎ合わせた技術革新の集合である。主な技術革新は、とりわけ以下の通りである：
【００２４】
Ａ）振動コームに基づく振動フィーダ。
Ｂ）装置の長さを移動し、振動フィーダの出口から圧縮機、装飾機、特別設計の非キャビティ加圧モールド、及び取出しテーブルを経由して疎性の粉末を搬送する空気透過性の搬送ベルト。
Ｃ）搬送ベルトの上に配置された圧縮ベルト。
Ｄ）事前圧縮組成物の表面に乾燥装飾を加える独立した１列の装飾装置。
Ｅ）上部フレームキャビティモールドアセンブリ。
Ｆ）圧縮物品の大きさよりも大きい底部プレート。
Ｇ）底部プレートの表面に固定されている可撓性の格子。
Ｈ）ベルトが連続ループを形成することを可能にする、モールドの下の空間。
【００２５】
第１の態様によれば、本発明は、粉末又は粒子を加圧することにより圧縮物品を成形するためのシステムであって、
粉末排出アセンブリと、
圧縮物品と同じ大きさ又は圧縮物品よりも大きい底部プレート、粉末の一部を分離させる拘束手段、及び上部パンチを含む非キャビティ加圧アセンブリと、
粉末を搬送するコンベアと、
を含むことを特徴とするシステムに関する。
【００２６】
これに関連して、「非キャビティ加圧アセンブリ」との用語は、加圧動作が残りの生産ラインと同一面上で行われる加圧アセンブリに関する。換言すれば、窪みを有するキャビティに基づいた閉じ込め壁のない空間で、加圧が行われる。
【００２７】
圧縮物品と同じ大きさであるか、又は圧縮物品よりも大きい底部プレートのおかげで、一貫性のない非等方性の境界線がない、均一な圧縮物品の加圧を実現することができる。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、前記システムは、更に、粉末を部分的に圧縮して脱気することができる高密度化アセンブリと、好ましくは加圧前に粉末上に装飾材料を追加する装飾ユニットとを含む。これが、非圧縮材料上で可能であったよりも細かい細部に疎性の装飾釉薬を適用することを可能にし、この目的のために従来技術において提供されていた先の加圧工程を回避することを可能にする。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、前記システムは、等方性底部プレートの上部に固定されているコンベアの下部に可撓性の格子を含む。これが、タイルが加圧された際に空気の放出の増加を許容する。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、底部プレートは、等方性プレートである。これが、一貫性のない非等方性の境界線がない、均一な圧縮物品の加圧動作を可能にする。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、コンベアは、空気透過性の搬送ベルトである。この特徴に関する利点は、圧縮タイルから空気を逃がすことが可能となり、これによって圧縮タイル内の有害な積層を避けると同時に、２段階〜３段階の加圧及び脱気手法の必要がない、より迅速な加圧サイクルを可能にする。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、高密度化アセンブリは、異なる直径のローラ及び圧縮ベルトを含む。圧縮中、空気透過性の圧縮ベルトを介して、下部（空気透過性の主ベルトを介して）、及び上部の両方から空気の脱出を許容することが望ましい。異なる大きさのローラは、圧縮ベルトの速度、及びその粉末との接触角度を制御するのに役立つ。擦り傷又は粉末の乱れがない滑らかな圧縮表面を作成するためには、２本のベルトの速度を一致させ、設定角度でそれらを徐々に移動させることが望ましい。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、粉末又は粒子は、フライアッシュ粉末、粘土粉末、粒状フライアッシュ、粒状粘土、及びこれらの組合せ又は混合物を含む。これらの物質は一般的に産業廃棄物であるため、この装置及びシステムを用いて、それらを有用な方法で環境から除去することは有益であるので、これは有益である。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、粉末又は粒子は、粉末、粒子、及び圧縮物品の少なくともいずれかの特性を変更するための他の成分を更に含む。これは、より大きな範囲の混合材料をシステム内で使用することを許容するのに有用である。異なる成分が、焼成後の生強度の増加及び吸水性の低下等の異なる特質を圧縮タイルに付与する。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、粉末排出アセンブリは、振動供給手段と、粉末を崩壊させてこれを移動するコンベア上に均一に堆積させることができる複数の往復コームとを含む。これが、輸送される粉末を分散させてその後の圧縮、装飾及び加圧のために材料の均一かつ一貫した層を形成することを可能にする。振動供給は、分割しなければ主ベルトの上に堆積させられない塊が分割されることを意味する。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、往復コームは、後続の層上のコームの歯が反対方向に面するように平行な層状に配置されており、前記コームの振動の速度及び振幅は、コームの間の高さ及びコンベアの運動速度を含めて調節可能である。これは、振動供給手段を輸送される物質の特性に合わせるためには有利である。ベルト上への均一な適用のためには、多くの粉砕が必要な材料もあれば、必要な粉砕が少ないものもある。これらのコームを調節できることが重要である。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、ローラの２つは、ツインローラであり、圧縮ベルトは、搬送ベルトと圧縮ベルトとの間の間隔が、高密度化領域の端部のローラのガイドローラの高さにより設定される所望の距離に達するまで徐々に減少するように配置することができる。圧縮機ベルトと主ベルトとの間の距離が装飾前に材料が高密度化される量を設定するので、これは重要である。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、高密度化アセンブリは、高密度化領域を形成するために、粉末の密度を３％〜３０％増加させる。これは、後続の装飾及び加圧に最適な高密度化範囲であることが判明した。他の高密度化量を使用することはできるが、これらが最適である。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、密度は、１０％〜１５％増加する。これは、特に石炭灰由来の材料には最適な範囲であることが見出された。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、装飾領域を形成するために、釉薬装飾材料がコンベア上の部分的に高密度化された粉末の移動連続層に適用される。タイルは、従来既知の方法と同様に別の装飾領域に移動される必要がないので、これは有利である。装飾は、加圧の直前に行う。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、加圧領域の底部支持プレートは、可動であり、加圧時は所定の位置に持ち上げられているが、搬送ベルトが移動する間は下がり、搬送ベルトが装置の正面に戻る間等方性プレートの下で移動して通過することを可能にする。これは、加圧領域の下で主ベルトが後ろ向きに通過して連続ループを形成することを可能にする方法である。
【００４２】
本発明の一実施形態によれば、拘束手段は、例えば、円形、正方形、又は三角形等、或いは不規則的な形状等の任意の形状のナイフエッジ状キャビティフレームであり、それが加圧される粉末の連続層の一部を分離させ、圧縮物品に対する横方向の支持を提供し、ここで、拘束手段は、コンベアの損傷を回避するためにコンベアと整列した支持体上に載置される。これが、多くの形状のタイルの形成を可能にする。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、頭上の加圧プレートが、拘束手段によって拘束された粉末を、約２００ｋｇ／ｃｍ２〜約５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力を用いて高度に高密度化した物品へと圧縮する。これは、最終製品に十分な生強度を付与するための最適な圧力範囲である。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、上部パンチは、デザイン又は模様を含んでいてもよい。これにより、装飾的又は実用的なデザインを物品の表面に押し込むことが可能となる。
【００４５】
本発明の一実施形態によれば、拘束手段は、圧縮後の加圧された粉末を切断する鋭利な端部を有するキャビティフレームの任意の形状とすることができる。この拘束手段は、窪みのある固定された壁のキャビティを必要とせず、よって高速の製造を可能にするという利点を有する。
【００４６】
本発明の一実施形態によれば、上部パンチが移動される前に、ナイフエッジ状キャビティフレームが圧縮物品から移動される。物品がナイフの刃から綺麗に分されない可能性を排除するためにナイフエッジが持ち上げられている間、上部パンチは物品を所定の位置に保持する。これはまた、加圧の間に物品中の圧力を横方向に解放して物品が緩和することを可能にし、圧縮物品中の任意の内部圧力を排除する。
【００４７】
本発明の一実施形態によれば、粉末は、最大１２％の水を含む乾燥粉末である。これは、圧縮タイル内の生強度に最適である。
【００４８】
本発明の一実施形態によれば、装飾材料は、着色釉薬材料である。
【００４９】
本発明の一実施形態によれば、粉末は、最大９０％のフライアッシュを含む。これは、高割合のリサイクル材料の使用を可能にするので有利である。
【００５０】
更なる態様では、本発明は、粉末を加圧することによって圧縮物品を連続的に成形するためのシステムであって、
粉末及び圧縮物品の少なくともいずれかを搬送するためのコンベアと、
粉末をコンベアに排出するための粉末排出手段と、
粉末を部分的に高密度化するための最初の高密度化手段と、
高密度化された粉末の一部を拘束するための拘束手段と、
拘束された部分粉末を加圧するための加圧手段と、
を含むことを特徴とするシステムに関する。
【００５１】
更なる態様では、本発明は、タイルの成形方法であって、
移動するコンベア上に粉末を堆積させる工程と、
圧縮手段によって粉末を部分的に高密度化する工程と、
拘束手段によって粉末の一部を拘束する工程と、
拘束された粉末を加圧する工程と、
を含むことを特徴とする方法に関する。
【００５２】
好ましい実施形態では、拘束された粉末を加圧する工程は、加圧手段による約１５０ｋｇ／ｃｍ２〜約５００ｋｇ／ｃｍ２の力を用いて行われる。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、前記方法はまた、装飾ユニットによって高密度化された粉末を装飾する工程を含む。
【００５４】
本発明の一実施形態によれば、粉末は、連続的に又は不連続的な方法で堆積させられる。この方法では、材料は、大量生産のためには連続的にベルト上に堆積させることができ、或いはモールドプレート又は装飾材料の変更が必要な場合は、材料は、不連続的に適用することができる。
【００５５】
本発明の一実施形態によれば、コンベアは、空気透過性のベルトを含む。これが、圧縮された材料中の空気を捕捉することなく、材料の圧縮を可能にする。
【００５６】
本発明の一実施形態によれば、圧縮手段は、空気透過性のベルトを含む。これが、圧縮物品の空気の脱出を許容しながら物品の迅速な加圧を可能にし、圧縮物品の積層を回避する。
【００５７】
本発明の一実施形態によれば、圧縮手段は、異なる直径を有する３つのローラを含む。これが、高密度化の速度及び角度を調節して材料の表面の崩壊を防ぎ、滑らかな圧縮を可能にする。
【００５８】
本発明の一実施形態によれば、加圧手段は、上部パンチと下部プレートとを含み、拘束手段は、ナイフエッジを有するキャビティフレームである。ナイフエッジの利点は、底部キャビティの必要なく完成品に綺麗な端部が形成され、ベルト自体の上で加圧が行われることを可能にすることである。
【００５９】
本発明の一実施形態によれば、高密度化された粉末を装飾する工程は、装飾ユニットを用いて移動するコンベア上の高密度化粉末上に釉薬粉末を堆積させることを含む。
【００６０】
別の態様によれば、本発明は、粉末及び圧縮物品の少なくともいずれかを搬送するためのコンベアと、粉末をコンベアに排出するための粉末排出手段と、粉末を部分的に高密度化するための最初の高密度化手段と、高密度化された粉末の一部を拘束するための拘束手段と、拘束された部分粉末を加圧するための加圧手段とを含む、粉末を加圧することによって圧縮物品を連続的に成形するためのシステムに関する。
【００６１】
別の態様によれば、本発明は、タイルを連続的に加圧するための方法であって、
移動するコンベアを介して加圧する粉末を加圧領域へと搬送する工程と、
ナイフエッジ形状のキャビティフレームを前記粉末へと下降させて前記粉末の一部を高密度化する工程と、
加圧プレートを前記ナイフエッジ状キャビティフレームの境界内へと下降させてそれを圧縮物品へと圧縮する工程と、
前記ナイフエッジ状キャビティフレームを前記圧縮物品から持ち上げる工程と、
前記加圧プレートを前記圧縮物品から持ち上げる工程と、
連続的に新たな粉末を前記加圧領域へと移動させつつ前記コンベアに沿って前記圧縮物品を移動させる工程と、
を含むことを特徴とする方法に関する。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、キャビティフレームは、楕円形、平行四辺形、ハート形、又は星形等を含む任意の輪郭形状に形成することができる。このシステムによって複数の形状を容易にかつ交換可能に作成することができるので、これは有利である。
【００６３】
本発明の一実施形態によれば、前記プレートは、その表面にエッチングされた、圧縮物品へと転写される模様を有する。これにより、装飾的又は実用的なデザインを物品の表面に押し込むことが可能となる。
【００６４】
本発明によれば、本発明のシステム及び方法によって得られる圧縮粉末物品は、高含量のフライアッシュを含む。好ましくは、本方法によって作成された圧縮粉末物品は、最大９０％のフライアッシュを含むが、前記システム及び方法は、高効率化を達成するために、従来の粘土系粒状粉末とともに運用することもできる。
【００６５】
本発明の一実施形態によれば、粉末は、最大１２％の水を含む乾燥粉末である。
【００６６】
本発明の別の態様によれば、粉末を圧縮するシステムは、連続的に、
粉末を排出する手段と、
粉末を搬送する手段と、
搬送された粉末を部分的に高密度化する手段と、
前記搬送手段上の前記高密度化された粉末の一部を拘束する手段と、
粉末の前記拘束された部分を加圧する手段と、
を含む。
【００６７】
一実施形態によれば、前記システムは、圧縮物品を加圧領域から移動するための手段を含む。
【００６８】
本発明の一実施形態によれば、前記システムは、加圧前に高密度化された粉末を装飾する装飾ユニットを更に含む。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、粉末排出アセンブリは、粉末を均一に排出するための往復コームを含む。
【００７０】
本発明の一実施形態によれば、前記システムは、廃棄粉末を収集するための再利用手段を更に含む。
【００７１】
本発明により、圧縮粉末又は圧縮物品は、物品それ自体を持ち上げること、排出すること、押すこと、又は引っ張ることなく加圧領域から搬送することができ、ここで、搬送ベルトを前進させることによって、圧縮物品それ自体に掛かる物理的操作又は物理的付加を最小限にして、物品が受容ベルト又は受容装置へと移動させられる。
【００７２】
本発明はまた、任意の種類のセラミック又は磁器のタイルの生産の分野において、又は他の任意の粉末加圧目的において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
上記の目的及び他の目的、利点及び特徴、並びにそれが実現される方法は、好ましい例示的な実施形態を説明する添付の図面とともに以下の詳細な説明を考慮して、当業者にとって明らかとなるであろう
【図１】図１は、粉末を加圧するための従来技術のシステムを示す。
【図２】図２は、タイルを成形するための従来技術の方法を示す。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る加圧システムの概要を示す。
【図４】図４は、本願の一実施形態に係る、交互に対向するコームを示す粉末排出アセンブリを概略的に示す。
【図５】図５は、本願の一実施形態に係る圧縮ベルトアセンブリを示す。
【図６】図６は、本願の一実施形態に係る加圧領域を概略的に示す。
【図７】図７は、加圧プレートの上方及び下方のベルト、底部プレート（例えば、等方性プレート）、頭上加圧プレート、及び拘束用ナイフエッジ状キャビティフレームの配置を強調表示した、本願の一実施形態に係る物品の加圧方法の工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
本発明によれば、粉末又は粒子を加圧することによって圧縮物品を成形するためのシステム１０は、
粉末排出アセンブリ１２と、
圧縮物品と実質的に同じ大きさであるか又は圧縮物品よりも大きい底部プレート２２、粉末の一部を分離する拘束手段、及び上部パンチ２４を含む非キャビティの加圧アセンブリ２０と、
粉末を搬送するコンベア１４と、
を含む。
【００７５】
１．特別設計の振動フィーダ／動力放出アセンブリ／振動供給手段
【００７６】
本システムの好ましい実施形態では、動力放出アセンブリ１２は、粒状のフライアッシュ又は他のセラミック組成物で充填されたホッパー等の振動フィーダを含む。フィーダの出口は、振動コーム４６が装着されており、これを通して、動力を供給された粒状材料がベルト又は他の任意の種類のコンベア１４上へ均一に落下させられる。これらのコームは、粒状フライアッシュ混合物の凝集を防止するために、互いに平行に移動する。
【００７７】
移動するコームのユニークな点は、図４に示すように、それらの移動速度、コームの間の水平距離、及びコームプレート４６−１及び４６−２の間の垂直距離ｄ等、それらが完全に調節可能である点である。これが、任意の粒子又は粉末、或いはそれらの極めて異なる凝集性及び流動性を有するものを、コンベア１４上に滑らかかつ均一に堆積させることを可能にする。材料の層は、移動する搬送ベルト上に堆積されて、最大４ｃｍの厚みの疎性の粉末の、長く中断のない層を形成する。幅のみが粉末排出アセンブリ１２及びコンベア１４の幅によって制限されるので、実質的に任意の大きさのタイル２８を実現することができる。このフィーダは、材料の偏在の問題を解決する。
【００７８】
２．圧縮アセンブリ／最初の圧縮手段
【００７９】
好ましくは、搬送ベルト等のコンベア１４上への堆積後、良好に分散された粒子層が僅かに圧縮されてアセンブリの下で部分的に脱気され、これが粒子層の高さを３％〜３０％減少させる。圧縮アセンブリ１６の高さは、粉末の圧縮度を変更するために調節することができる。圧縮アセンブリ１６の速度は、粉末の表面上の擦り傷を避けるために、コンベア１４の速度に整合する。この穏やかな圧縮は、搬送ベルト上への重力堆積時に形成され得る一時的な粉末架橋及びボイドを除去するために使用される。これはまた、粉末を部分的に高密度化及び脱気してそれを後続の乾燥装飾の適用に適するようにし、粉末に最初の凝集性を与える。
【００８０】
この圧縮アセンブリ１６の好ましい実施形態は、ローラ３４と第２のベルト３６とを含む。このアセンブリにおいて、粉末は、コンベア１４とローラ３４により制御される第２のベルト３６との間で、僅かに又は部分的に圧縮される。本発明の一実施形態では、ローラ３４の２つは同じ直径を有するツインローラである一方で、３つ目はより大きい直径を有し、別の実施形態では、３つのローラ３４の全てが異なる直径を有する。第２のベルト３６は、コンベア１４と第２のベルト３６との間の距離が徐々に減少するように配置されている。第２のベルト３６の下でコンベア１４上の粉末が移動するにつれて、それが僅かに圧縮されて脱気される。最終的な圧縮の量は、第２のベルト３６上の最後のローラ（最大のもの）の高さにより設定される。最後のローラ３４の後に、第２のベルト３６は、圧縮段階の前方に戻って連続サイクルを生む。本発明の一実施形態では、第２のベルト３６は、コンベア１４と同じ速度で走行する。更に、本発明の一実施形態では、第２のベルト３６はまた、圧縮品における望ましくない積層を回避するために、空気透過性にして物品の加圧中に粉末又は粒子からの更なる空気の脱出を許容することもできる。
【００８１】
本発明の一実施形態によれば、粉末の圧縮は、粉末を所望の密度に圧縮する平坦な固定サイズのプレートを含む従来の上部加圧プレート等の、圧縮された平坦な表面を生成する任意の手段によって実現することができる。この利点は、前記システムを既存の圧縮装置とともに使用することができる点である。
【００８２】
３．装飾手段／ユニット
【００８３】
この軽く圧縮された粒子層は、搬送ベルト又は任意の他の種類のコンベア１４によって複数の装飾ユニット１８の下の位置へと移動され、特別設計の模様又はランダムな模様で着色釉薬材料３８を堆積させる。装飾ユニット１８の細部は、産業界においては当業者にとって公知である。
【００８４】
４．非キャビティの加圧アセンブリ／上部キャビティモールドアセンブリ
【００８５】
場合によっては装飾された粒子の層は、次いで、特別設計の加圧アセンブリ２０のベルト上に搬送される。これは、加圧の間に粒子を収容するキャビティを使用しない、特別に設計された加圧モールドアセンブリである。装飾された、又は装飾されていない組成物層は、圧縮物品上の後続の応力が最小になるように、搬送ベルト上で加圧されて圧縮物品を形成する。
【００８６】
加圧の間、装飾領域を通過した粉末化層の部分は、加圧領域で配向させられる。加圧領域は、底部プレート２２（例えば、等方性プレート）を含み、空気を搬送ベルトの底部から脱出させることを可能にする可撓性の格子２３と、円形、正方形、又は加圧されるタイルの形状に依存する任意の不規則的な形状等の任意の形状又は態様に形成することが可能な成形されたナイフエッジ状拘束キャビティフレーム２６等の拘束手段によって粒子を所定の領域内に封じ込めながら高い圧力を加える頭上のタイル成形上部パンチ２４とを含むことができる。更に、ナイフエッジを有するキャビティフレームは、金属又は合金等の任意の好適な材料の帯により形成することができる。
【００８７】
プレートとは独立した頭上の上部パンチ２４の縁取りは、この成形されたナイフエッジ状拘束キャビティフレーム２６であり、上部パンチ２４の前に下降して粉末層に進入し、クッキーのカッターの抜き型のように粉末の一部又は部分を分離させる。このナイフエッジ状拘束キャビティフレーム２６は、任意の形状又は大きさとすることができ、加圧領域におけるベルト上の粉末の一部を拘束し、それを周囲の粉末から分離させる。ナイフエッジは、加圧成形時にその重量及び任意の付加的な圧力を支持する調節可能な外部止め具状に載置されているので、コンベア又はベルトに切り込んだり損傷を与えたりすることはない。上部パンチ２４は、ナイフエッジ状拘束キャビティフレーム２６と同じ寸法及び形状を有しており、それがキャビティフレームの内部に進入して粉末を加圧する。
【００８８】
加圧領域においてコンベア１４の下に位置する底部プレート２２は、圧力下で加圧された物品の大きさ全体が受ける加圧力における変動を除去する、オイル及びゴムにより力を配分かつ均等化するプレートである。産業界で現在使用される標準的な等方性パンチは、キャビティの底部に位置しており、スチールのプレートによって縁取りされていることが、等方性プレート上で物品を完全に加圧することを不可能にしているため、これはユニークである。等方性底部プレート２２の面積は、高圧下の面積と同じか又はそれよりも大きく、高い精度だけでなく均一な分布の成形圧力をもたらす。
【００８９】
底部プレート２２の上部には、加圧時により多くの空気がベルトの底部を通過することを容易にする可撓性の格子２３を固定することができる。
【００９０】
ベルトが移動している間、底部支持プレート２２は、搬送ベルトがその下を通過するように僅かに上昇させられる。加圧の間、この底部プレートは、回帰する搬送ベルトを捕捉する場所に落ち込んで上部パンチ２４の連続的な底部支持体を形成する。
【００９１】
加圧時、頭上の上部パンチ２４は、ナイフエッジ状キャビティフレーム内に下降して拘束された粉末を圧縮して圧縮物品を成形する。圧力は、約１５０ｋｇ／ｃｍ２〜約５００ｋｇ／ｃｍ２で加えられる。加圧時、コンベア１４は、成形されるタイルの下の底部プレート２２に対して圧縮される。ベルトコンベア１４は、２つの圧迫を受けており、一方の領域は、底部プレート２２の上部及びフライアッシュの下部であり、他方の領域は、底部プレート２２と基礎支持体（２５）との間の底部プレート２２の下部である。
【００９２】
上部パンチ２４は、陽画像として圧縮タイルに転写されるレリーフパターンでエッチングされてもよい。エッチングされた加圧プレートと適用される装飾釉薬材料３８との組合せを用いて、任意の模様又は装飾を圧縮粉末４０の表面上に作製することができる。このようにして、多くの装飾効果をこのシステムにおいて作成されるタイル２８上に形成することができ、これがそれらの市場価値を高める。
【００９３】
圧力がかけられて物品が成形された後、上部パンチ２４からの圧力下で最初にナイフエッジ状拘束キャビティフレーム２６が持ち上げられてタイルの側面を解放させて材料を緩和させる。その後、上部パンチ２４が持ち上げられて断片はコンベア１４上で自由となる。底部プレート２２が次いで、コンベア１４が再び移動できるように取り除かれる。
【００９４】
５．搬送手段／コンベア
【００９５】
搬送ベルト等のコンベア１４は、ナイロン又はポリエステル等の強化合成材料から作られた空気透過性のベルトである。前記ベルトは、圧縮アセンブリ１６、装飾ユニット１８、及び加圧アセンブリ２０を経由して疎性の粉末を運ぶ。このベルトは、加圧機が操作できる任意の幅に適合した任意の幅とすることができる。このベルトは連続しており、加圧領域及び取出しテーブルへと粉末４０を運ぶ全ての調製領域を通る処理段階全体に沿って走行する。このベルトが圧縮タイル２８を受容装置４７へと搬送し、これが加圧タイル２８を乾燥機又は収納棚へ、或いは焼成キルンへと運ぶことができる。加圧領域及び取出しテーブルを出て圧縮物品を第２の乾燥ベルト又は乾燥棚へと輸送した後、ベルトは装置全体の下で後ろに移動して再び装置の初めから出発する。
【００９６】
コンベア１４の重要な特性は、粒子の加圧時にコンベア１４がその下側へ脱気するのに十分な多孔性を有することである。この多孔性は、逃がさないと物品中に捕捉されて有害な積層を引き起こす空気を逃がすことを可能にする。空気透過性のベルトでは、従来のキャビティ加圧におけるな複数の迅速な加圧ではなく単回での圧力の適用が可能である。これが、加圧の各ストロークに必要な時間を短縮し、加圧の各ストロークが１つの物品を製造し、これがスループットを向上させる。ベルトの材料はまた、加圧装置による繰り返しの圧縮を耐えるのに十分な耐久性を有する必要がある。空気の放出を増加させるために、ベルトの下及び等方性プレートの上にはメッシュを設けることができる。
【００９７】
目が粗いメッシュ材料又は密に織られた合成材料の重なり合う層を接合する等、固体ベルト材料の小さな穿孔等のベルトにおける空気透過性の特性を実現するための多くの方法が存在する。
【００９８】
コンベア１４が物品を取出しテーブル（図示せず）に向けて前方に移動し、そこで物品が乾燥装置（図示せず）へと移される。加圧領域から完成した断片を移動させることにより、新たな粉末を加圧プレートと１列に並べて新しいタイルを成形することができる。成形されたタイルは、ベルトアセンブリの端部に到達すると、乾燥室又は焼成キルンへと搬入するための受容装置４７の別のベルトに自動的に移される。転送ベルトは、単純にローラ上を下流へ移動し、次いで加圧機の下を戻って機械の先頭から再び開始する。ベルトが作業領域から落下すると、成形された断片は水平に継続して穏やかな剥離方法で搬送ベルトから離れる。加圧工程においては常に、タイルはそれ自身の全重量を支持する必要はなく、セラミックタイルの製造に使用される現在利用可能な標準的な加圧システムを使用した圧縮物品が受ける標準的な物理的取扱い又は操作関連応力を回避する。
【００９９】
粉末の堆積、圧縮、装飾、及び加圧の全工程の間で、ベルトは、実際の加圧の間一時的に停止させられるだけである。材料が連続的に移動している間はずっと、新たなバッチ又は粉末の一部が、加圧された物品のすぐ後ろで準備される。このようにして、連続的な流れの粉末が、毎分１０以上の物品の速度で堆積、圧縮、装飾、及び加圧される。
【０１００】
ベルトは空気透過性であり、物品の加圧の間に粉末又は粒子から空気を逃がすことを可能にして圧縮物品中の望ましくない積層を防ぎ、これが毎分の高ストローク数を実現する。
【０１０１】
本発明の一実施形態によれば、装置／システムは、圧縮物品４０が上部パンチ２４を通過した後に廃棄粉末４０−３を収集する再利用容器３０を含む。
【０１０２】
本発明の一実施形態によれば、タイルを加圧するための方法は、工程２２０において、搬送ベルト等のコンベア１４によって新たな粉末を加圧領域へと移動させる工程と、工程２２０において、ナイフエッジを用いて拘束キャビティフレーム２６内で粉末の一部を任意の形状に拘束する工程と、工程２３０において、上部パンチ２４を加圧することで拘束キャビティフレーム２６とともに粉末を加圧する工程と、工程２４０において、上部パンチ２４を残しながら拘束キャビティフレーム２６を物品４０−２から持ち上げる工程と、工程２５０において、上部パンチ２４を持ち上げる工程と、を含む。
【０１０３】
圧縮物品は、ベルトを前方に移動させることによって加圧領域から移動させてもよい。
【０１０４】
その結果、本システム及び方法による圧縮物品は、装置又はシステムの容量によって制限されない実質的に任意の大きさとすることができる。
【０１０５】
本発明はまた、
粉末を排出するための粉末排出アセンブリ１２と、
粉末を搬送するためのコンベア１４と、
搬送された粉末を部分的に高密度化する圧縮アセンブリ１６と、
移動するコンベア１４上で高密度化された粉末の一部を拘束するための拘束アセンブリと、
粉末の拘束された部分を加圧する非キャビティの加圧アセンブリ２０と、
を含む、粉末を連続的に加圧するシステム１０に関する。
【０１０６】
好ましくは、このようなシステム１０が加圧前に高密度化された粉末を装飾する装飾ユニット１８を含むか、又は、粉末排出アセンブリが粉末を均一に排出するための往復コームを含むか、或いはその両方である。
【０１０７】
本発明は、高割合のリサイクル材料を使用するために高割合のフライアッシュについて開発されてきたが、粉末は、従来のセラミックタイルの原料を含んでいてもよい。この場合、従来の加工ラインにおける製造量を増やすことができる。この方法はまた、キャビティに基づく加圧機において実現できたものよりも、従来のタイルを大きくすることができる。
【０１０８】
特定の例示的な実施形態及び方法を実施例によってある程度詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することのない変形、修正、及び変更が行われ得ることは、前述の開示から当業者にとって明らかであろう。例えば、当業者が容易に企図することができるように、本装置、方法及びシステムはまた、他の組成物粉末を、２５質量％、３０質量％、３５質量％、４０質量％、４５質量％、５０質量％、５５質量％、６５質量％、７５質量％、８０質量％、８５質量％、９０質量％、９２質量％、９４質量％、９６質量％、９８質量％及び１００質量％等のフライアッシュとともに、又は全くフライアッシュなしに、連続的に又は不連続的に加圧するのに好適である。従って、上記の説明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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