(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダーを含有する粉体をゴム型と金型からなる成形型に充填し、当該ゴム型を加圧して成形した乾式加圧成形体を施釉し、焼成して製造するセラミックスの製造方法において、当該乾式加圧成形体を１００℃〜２５０℃の温度で加熱処理した後、施釉することを特徴とする乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法。
【請求項２】
前記乾式加圧成形体が懸垂碍子成形体であることを特徴とする請求項１に記載の乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法に関する。特に、乾式加圧法によって成形された懸垂碍子成形体を施釉し、焼成して製造する懸垂碍子の製造方法に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
懸垂碍子などの複雑形状品は、従来、湿式成形法で成形し、乾燥し、施釉又は白加工し、焼成して製造する方法で製造されてきた。本発明者らは、大幅なコスト削減を目的として、乾式加圧法による成形体を製造し、施釉し、焼成して懸垂碍子を製造することを試みた。しかしながら、釉切れ問題が発生し、良好な釉薬状態の懸垂碍子を得ることができなかった。又、乾式加圧法による成形体を製造し、形状加工し、焼成してセラミックスを製造する場合においても、乾式加圧法による成形体の強度不足のため、研削、研磨などによる形状加工が困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法において、上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、乾式加圧成形体を施釉又は形状加工し、焼成して製造するセラミックスの製造方法において、良好な釉薬状態のセラミックスを得る製造方法又は形状加工の容易な製造方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、バインダーを含有する粉体をゴム型と金型からなる成形型に充填し、当該ゴム型を加圧して成形した乾式加圧成形体を施釉し、焼成して製造するセラミックスの製造方法において、当該乾式加圧成形体を１００℃〜２５０℃の温度で加熱処理した後、施釉することを特徴とする乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法が提供される。
【０００５】
本発明においては、前記加熱処理の温度が１００℃〜２５０℃の範囲であることが好ましい。又、前記施釉方法がスプレー方式施釉であることが好ましい。又、前記乾式加圧成形体が懸垂碍子成形体であることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法について、主として懸垂碍子の製造方法に基づいて説明する。懸垂碍子の乾式加圧成形体に施釉して、焼成して懸垂碍子を製造する方法を中心に実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、各種成形体において実施可能であり、又、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【０００７】
本発明による懸垂碍子の製造方法においては、陶石、長石、粘土を調合微粉砕し、脱鉄したスラリーに所定量のバインダーを加え、その混合スラリーをスプレードライヤーで造粒し、得られた顆粒粉体を、懸垂碍子の外面形状を形成するゴム型と内面形状を形成する金型からなる成形型に充填し、ゴム型を加圧して乾式加圧成形体を成形する。次いで、得られた乾式加圧成形体を加熱処理し、施釉し、焼成することによって、図１に示す通り、釉切れの無い良好な懸垂碍子が得られる。
一方、乾式加圧成形体を加熱処理しないで、施釉した場合、焼成して得られる懸垂碍子は図２に示す通り、釉切れ、即ち釉薬に多数のクラックが発生し、良好な懸垂碍子が得られない。
【０００８】
釉切れが発生するメカニズムについて、本発明者らは以下の通り推定している。即ち、水分約０．５ｗｔ％のバインダーを含有する顆粒粉体を成形型に投入して、乾式加圧した場合、顆粒粉体（１）は圧縮され、図３（ａ）に示す通り、６角形形状に変形し、互いに密に圧縮された微構造組織となり、水溶性バインダーが顆粒粉体の表面近傍にフイルム状で存在しているものと推定している。この状態で施釉すると、図３（ｂ）に示す通り、釉薬の水分により顆粒表面近傍の水溶性バインダー層（１７）が膨潤し、成形体表面にマイクロクラックを発生し、その結果、焼成の過程で釉薬層（２）にクラックが発生するものと推定している。
【０００９】
ここで、図３（ａ）は成形型内の顆粒粉体（１）が互いに密に圧縮された微構造組織を示す模式図である。図３（ｂ）は乾式加圧成形体の表面に施釉し、顆粒表面近傍の水溶性バインダー層（１７）が膨潤した状態を示す模式図である。
【００１０】
従来の懸垂碍子の湿式製法では、成形体は水溶性バインダーを含有していない。又、成形体は約２０ｗｔ％程度の水分を含んでいるが、乾燥工程で水分が蒸発し、図８（ａ）に示す通り、成形体（２０）に毛細管（２１）が形成され、この状態で施釉（２２）した場合、図８（ｂ）に示す通り、釉薬の水分は毛細管（２１）に吸収され、成形体表面にマイクロクラックを発生しない。その結果、焼成の過程においても、徐々に毛細管（２１）中の水分（２３）が蒸発し、クラックの無い良好な釉薬が施された懸垂碍子が得られていたものと推定している。
【００１１】
また、従来、乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法においては、通常、単純形状の製品のみに適用可能であって、懸垂碍子のような複雑形状品には適用されていなかった。単純形状品においては粉体に少量のバインダーしか必要としない場合が多く、得られた乾式加圧成形体に施釉して焼成しても問題なく、良好な釉薬の施されたセラミックス製品が得られていた。
【００１２】
しかしながら、懸垂碍子のような複雑形状品においては、粉体にある程度の量のバインダーを含有させなければ乾式加圧成形体のリブ部にクラックの発生或いは欠落を生じ、良好な乾式加圧成形体が得られない。粉体にある程度の量のバインダーを含有させたことにより、乾式加圧成形体に施釉した場合、上記のような顆粒表面近傍の水溶性バインダー層の膨潤が発生し、釉切れ問題が発生したものと推定される。
【００１３】
乾式加圧成形体を加熱処理したことにより、成形体の表面近傍にフイルム状で存在する水溶性バインダーが結晶化して、耐水性の表面になり、バインダー層の膨潤が起こらず、その結果、加熱処理後の乾式加圧成形体に施釉し、焼成しても、釉切れは発生せず、良好な懸垂碍子が得られたものと推定される。
【００１４】
粉体に含まれるバインダーとしては、例えば結合剤としてのポリビニルアルコールに成形体と金型の摩擦抵抗を低減する潤滑剤を加えたものが好ましい。潤滑剤としては、モンタン酸、ステアリン酸などが好ましい。
【００１５】
又、碍子原料としての粘土に、従来は堆積成因粘土（例えば蛙目粘土）が使用されてきたが、熱水成因粘土（例えばカオリン）を用いれば良好な成形体を得るに必要なバインダーの添加量を低減できるので好ましい。更に、堆積成因粘土の代わりに熱水成因粘土を使用した場合、スプレードライヤーに送入するスラリーの水分が同一粘性であるにもかかわらず低水分化できるため、堆積成因粘土に較べ、スプレードライヤーの燃費を低減できるから好ましい。
【００１６】
尚、懸垂碍子のような複雑形状品においては、顆粒粉体が所定量のバインダーを含有していなければ乾式加圧成形体のリブ部にクラックの発生或いは欠落を生じ、良好な乾式加圧成形体が得られないが、懸垂碍子の場合、リブ角度も併せて所定の角度に設定されていなければ良好な乾式加圧成形体が得られない。懸垂碍子の形状は、図４に示す通り、組立の際にキャップ金具と吊り棒金具が取付けられる有底倒立円筒状の頭部（３）と円盤状のかさ部（４）とかさ部（４）の内面に形成された複数のリング状のリブ部（５）と頭部の最下端に位置する最内リング部（６）からなる。
【００１７】
各リブ（５（Ｄ１），５（Ｄ２），５（Ｄ３））のリブ角度（θ）は、図５に示す通り、リブ（５）の外面（７）と水平面とのなす角度θ１、θ２、θ３で示す。良好に成形された懸垂碍子成形体（８）の具体的寸法の一例（供試体１）を表１に示す。併せて、リブ部にクラックが発生するか欠落する場合の懸垂碍子成形体の比較例（比較体１、比較体２）を表２に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【表２】
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【００２０】
表１及び表２において、図５に示す通り、ｒはリブの半径、即ち、懸垂碍子の中心線からリブ頂点（５ａ）までの水平距離であり、ｈは懸垂碍子（８）の頭部（３）の底部内面（３ａ）からリブ頂点（５ａ）の水平線までの垂直距離である。
リブ角度（θ）がθ≦ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）の関係式を満足した場合に良好な成形体が得られる。
【００２１】
供試体１のリブ部（５）の角度（θ）はθ≦ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）の関係式を満足し、且つ、漏洩距離即ち許容される電気絶縁距離が得られる角度に設定されている。この条件を満足する場合に良好な乾式加圧成形体（８）が得られる。従って金型のリブ部における角度が上記の通り設計されて製作された金型を用いる。尚、ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）はゴム型を加圧し、成形型内の顆粒粉体を圧縮して成形後、降圧する際に、成形体のリブ部に発生するスプリングバック作用力の発生角度に相当するものと本発明者らは推定している。表２において、比較体１及び比較体２はいずれもθ>ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）の関係にあって、クラックが発生している。
供試体１の如き形状寸法の懸垂碍子成形体を加熱処理した後、施釉し、焼成すれば良好な懸垂碍子が低コストで生産できる。
【００２２】
ここで、懸垂碍子の乾式加圧成形法について説明をする。図６に示す通り、成形型は懸垂碍子の内面形状を形成する金型（９）と外面形状を形成するゴム型（１０）とからなり、金型（９）とゴム型（１０）で形成される形成碍子形状の空間（１１）に顆粒粉体を充填する。充填する顆粒粉体は、碍子原材料である陶石、長石、粘土の粗粉砕工程、調合微粉砕工程、篩工程、脱鉄工程を経て得られたスラリーにバインダーを加え、スプレードライヤーに送入し、製造した顆粒粉体である。
【００２３】
ゴム型（１０）の中央部には顆粒粉の投入口が設けられ、顆粒粉体投入後はゴム製のトップパンチ（１２）によって密閉する。次いで、基台（１３）に取付けられた圧力容器（１４）内に成形型をセットする。例えば、水などの圧力媒体（１５）に外部より圧力を加え、シールドゴム（１６）を介してゴム型（１０）を等方加圧する。
成形型内の顆粒粉体（１）はゴム型（１０）によって加圧圧縮され、成形される。成形後降圧し、成形体を成形型から取り出す。
【００２４】
次に、本発明の乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法において、乾式加圧成形体を加熱処理する条件について、具体的実施例に基づいて説明をする。
【００２５】
（実施例及び比較例）
表１に記載の形状、寸法を有する懸垂碍子の乾式加圧成形体をベースにして、各温度、各時間で処理した後、施釉し、焼成した懸垂碍子を図７に示す。供試体２は１５０℃、２時間加熱した場合、比較体３は加熱処理をしないで直接施釉した場合、比較体４は１００℃、２時間加熱した場合、更に、比較体５は１５０℃、３０分間、比較体６は１５０℃、１時間加熱処理した場合を各々示す。
【００２６】
供試体２には釉切れは発生していない。比較体３には激しい釉切れが発生しており、比較体４〜６においても、釉薬に少量のクラックが発生していた。比較体４〜６においては、加熱処理による成形体表面のバインダーの結晶化が不充分であったため、クラックの発生を生じたものと考えられる。バインダーの結晶化が進むにつれて成形体の抗析強度は増加する。加熱処理後の供試体２の成形体抗析強度は３．３８（ＭＰａ）、比較体３及び比較体４の成形体抗析強度は各々、２．２２（ＭＰａ）、２．６８（ＭＰａ）であった。
【００２７】
加熱処理温度を１００℃以上とすることによりバインダーの結晶化が進行し、２５０℃以下にすれば、バインダーの急激な熱分解が起こらない。成形体表面のバインダーの結晶化は処理温度に依存すると考えられ、処理時間は適宜実験によって設定される。又、比較体４〜６の様に成形体表面のバインダーの結晶化が多少不十分であっても、施釉の方法をスプレー施釉すれば釉切れの問題は解決される。従来の施釉方法は成形体を回転させながら水分４０％程度の釉薬スラリーを成形体表面に流しがけして行われる。スプレー施釉であれば、成形体表面に施される水分量が少量となり、その結果、釉切れが発生しにくくなるものと推定される。
【００２８】
尚、乾式加圧によって成形された乾式加圧成形体を加熱処理すれば強度が増加するから、研削など白加工が有利となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の乾式加圧成形体をベースとしたセラミックスの製造方法によれば、乾式加圧成形法によるものであり、従来の湿式成形法に比較し、脱水工程、土練押出し工程を必要とせず、工程の簡略化による大幅なコスト削減が可能である。又、バインダーを含有する粉体を乾式加圧するため、複雑形状品であってもクラックのない良好な乾式加圧成形体が得られる。更に、この乾式加圧成形体を加熱処理することにより強度が向上し、白加工が有利となる。更に又、加熱処理後施釉し、焼成したセラミックスは釉切れのない良好なセラミックス製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法によって製造した釉切れのない良好な懸垂碍子の一例を示す斜視図である。
【図２】  乾式加圧成形体を加熱処理しないで施釉し、焼成した場合の釉切れが発生した懸垂碍子の一例を示す斜視図である。
【図３】  成形体の微構造組織を示すもので、（ａ）は乾式加圧成形体の微構造組織を示す模式図、（ｂ）は乾式加圧成形体を加熱処理せず、施釉した場合に顆粒表面近傍の水溶液バインダー層が膨潤する状態を示す模式図である。
【図４】  懸垂碍子の形状を示す断面図である。
【図５】  懸垂碍子の各部の寸法を説明する要部拡大断面図である。
【図６】  懸垂碍子の乾式加圧成形法を説明する概略図である。
【図７】  乾式加圧成形体を各温度、各時間で加熱処理し、施釉し、焼成した懸垂碍子の実施例及び比較例を示す。
【図８】  従来の湿式成形体を乾燥し、施釉し、焼成した懸垂碍子が釉切れしないメカニズムを説明する説明図で、（ａ）は毛細管が形成された状態、（ｂ）は釉薬の水分が毛細管に吸収された状態を示す。
【符号の説明】
１…顆粒粉体、２…釉薬層、３…頭部、４…かさ部、５…リブ部、５（Ｄ１），５（Ｄ２），５（Ｄ３）…３個の各リブ部番号、６…最内リング部、７…リブの外面、８…懸垂碍子乾式加圧成形体、９…金型、１０…ゴム型、１１…空間、１２…トップパンチ、１３…基台、１４…圧力容器、１５…圧力媒体、１６…シールドゴム、１７…水溶性バインダー層。
【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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【図８】
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