(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面側に突起形状部を有する軸対称形状のセラミック成形体の内面形状を形成する金型と外面形状を形成するゴム型からなる成形型に顆粒粉体を充填し、当該ゴム型を加圧して当該顆粒粉体を圧縮させて成形する乾式加圧法によるセラミック成形体の製造方法において、
加圧成形後降圧する際に当該成形体の当該突起形状部の外周側に発生するスプリングバック作用力の発生角度よりも当該突起形状部の外周側角度を同等以下にすると共に、当該顆粒粉体が当該成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を含有していることを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
【請求項２】
陶石、長石、粘土の各碍子原材料を調合し、粉砕し、スプレードライヤーで製造した顆粒粉体を懸垂碍子の内面形状を形成する金型と外面形状を形成するゴム型からなる成形型に充填し、当該ゴム型を加圧して当該顆粒粉体を圧縮させて成形する乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法において、
加圧成形後降圧する際に当該懸垂碍子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よりもリブの外周側の角度を同等以下にすると共に、当該顆粒粉体が当該成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を含有していることを特徴とする懸垂碍子成形体の製造方法。
【請求項３】
当該碍子原材料に用いる粘土が熱水成因の陶石系粘土粉体であることを特徴とする請求項２に記載の懸垂碍子成形体の製造方法。
【請求項４】
陶石、長石、粘土の各碍子原材料を調合し、粉砕し、スプレードライヤーで製造した顆粒粉体を懸垂碍子の内面形状を形成する金型と外面形状を形成するゴム型からなる成形型に充填し、当該ゴム型を加圧して当該顆粒粉体を圧縮させて成形する乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法において、
当該顆粒粉体が当該懸垂碍子成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該懸垂碍子成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を含有し、かつ当該懸垂碍子のリブを形成する当該金型のリブ角度（θ）が、当該懸垂碍子成形体の中心線からリブ頂点までの距離であるリブ半径（ｒ）と当該懸垂碍子成形体の頭部における底部内面からリブ頂点の水平線までの垂直距離（ｈ）とθ≦ｔａｎ−１（ｈ／ｒ）の関係にあることを特徴とする懸垂碍子成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式加圧法による懸垂碍子成形体などの内面側にリング状などの突起形状部を有する軸対象形状のセラミック成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の懸垂碍子成形体の製造方法においては、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、脱水工程、真空土練機による杯土押出し工程、予備成形工程、丸鏝法による本成形工程、仕上工程、乾燥工程の各工程を経て懸垂碍子成形体が製造されてきた。
【０００３】
本発明者らは懸垂碍子の製造コストの大幅なコスト削減を達成するには従来の前記湿式成形工程による成形方法を乾式加圧法による成形方法に変更すれば可能であるとの観点で試みたが、単純形状においては成形可能であるが、懸垂碍子の如きリブ付の成形体の場合、成形体のリブ部に亀裂が発生し、無欠陥の懸垂碍子成形体を得ることはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、乾式加圧法による欠陥の無い懸垂碍子成形体などの内面側に突起形状部を有する軸対象形状のセラミック成形体の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、内面側に突起形状部を有する軸対称形状のセラミック成形体の内面形状を形成する金型と外面形状を形成するゴム型からなる成形型に顆粒粉体を充填し、当該ゴム型を加圧して当該顆粒粉体を圧縮させて成形する乾式加圧法によるセラミック成形体の製造方法において、加圧成形後降圧する際に当該成形体の当該突起形状部の外周側に発生するスプリングバック作用力の発生角度よりも当該突起形状部の外周側角度を同等以下にすると共に、当該顆粒粉体が当該成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を含有していることを特徴とするセラミック成形体の製造方法が提供される。
【０００７】
又、本発明によれば、陶石、長石、粘土の各碍子原材料を調合し、粉砕し、スプレードライヤーで製造した顆粒粉体を懸垂碍子の内面形状を形成する金型と外面形状を形成するゴム型からなる成形型に充填し、当該ゴム型を加圧して当該顆粒粉体を圧縮させて成形する乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法において、加圧成形後降圧する際に当該懸垂碍子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よりもリブの外周側の角度を同等以下にすると共に、当該顆粒粉体が当該成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を含有していることを特徴とする懸垂碍子成形体の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明においては、  前記碍子原材料に用いる粘土が熱水成因の陶石系粘土粉体（以下、「熱水成因粘土」という）であることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明によれば、陶石、長石、粘土の各碍子原材料を調合し、粉砕し、スプレードライヤーで製造した顆粒粉体を懸垂碍子の内面形状を形成する金型と外面形状を形成するゴム型からなる成形型に充填し、当該ゴム型を加圧して当該顆粒粉体を圧縮させて成形する乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法において、当該顆粒粉体が当該懸垂碍子成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該懸垂碍子成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を含有し、かつ当該懸垂碍子のリブを形成する当該金型のリブ角度（θ）が、当該懸垂碍子成形体の中心線からリブ頂点までの距離であるリブ半径（ｒ）と当該懸垂碍子成形体の頭部における底部内面からリブ頂点の水平線までの垂直距離（ｈ）とθ≦ｔａｎ−１（ｈ／ｒ）の関係にあることを特徴とする懸垂碍子成形体の製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の乾式加圧法による内面側に突起形状部を有する軸対象形状のセラミック成形体として、例えば内面側にリング状の突起形状部としてリブを有する円盤形状の懸垂碍子成形体を中心にその製造方法について、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、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１２】
図１は、本発明の乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法によって製造した懸垂碍子成形体（１）の断面図を示す。組立の際にキャ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（２）と円盤状のかさ部（３）とかさ部（３）の内面に形成された複数のリング状のリブ部（４）と頭部の最下端に位置する最内リング部（５）からなる。各リブ（４）のリブ角度（θ）は、図２に示す通り、リブ（４）の外面（６）と水平面とのなす角度（θ）を意味する。尚、図２は懸垂碍子成形体の右半分の拡大断面図を示す。各リブＤ１、Ｄ２、Ｄ３の各リブ角度θ１、θ２、θ３を示す。
【００１３】
次に、本発明の乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法について説明する。図３は、本発明で使用する成形型（７）の断面図を示す。成形型（７）は懸垂碍子（１）の内面形状を形成する金型（８）と外面形状を形成するゴム型（９）とからなり、金型（８）とゴム型（９）で形成される懸垂碍子形状の空間（１０）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添加剤として結合剤か潤滑剤の少なくとも一方を加えて混合したスラリーをスプレードライヤーに送入し、製造した顆粒粉体である。
【００１４】
ゴム型（９）の中央部には顆粒粉体投入口（１１）が設けられ、顆粒粉体充填完了後はゴム製のトップパンチ（１２）によって密閉する。次いで、図４に示す通り、基台（１３）に取付けられた圧力容器（１４）内に成形型（７）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（図示しない。）シールドゴム（１６）を介してゴム型（９）を等方加圧する。成形型（７）内の顆粒粉体はゴム型（９）によって加圧圧縮され成形される。成形後降圧し、成形体（１）を成形型（７）から取り出す。
【００１５】
ここで、成形後降圧の際に成形体（１）のリブ部（４）に発生するスプリングバック作用力及びその発生角度について図５及び図６に基づいて説明をする。図５は、成形体（１）の右半分の断面図である。例えばリブ（４（Ｄ２））に発生するスプリングバックはリブ（４（Ｄ２））の局部拡大図である図６に示す通り、懸垂碍子（１）の軸方向（図面で縦方向）と半径方向（図面で横方向）に発生し、その合力方向がスプリングバックの作用する角度（Φ）となる。
【００１６】
即ち、ｔａｎΦ＝Ｆ（ｚ）／Ｆ（ｘ）、ここで、Ｆ（ｚ）はリブ部における成形体の軸方向に発生するスプリングバック作用力。Ｆ（ｘ）はリブ部における成形体の半径方向に発生するスプリングバック作用力。Φはリブ部におけるスプリングバックの発生角度を意味する。
【００１７】
軸方向のスプリングバック作用力は頭部（２）の軸方向のスプリングバックが律則となり、半径方向のスプリングバック作用力はリブ頂点位置での半径方向のスプリングバックが律則となる。等方加圧で圧縮成形しているから、スプリングバック率が任意の位置で一定とすると、Ｆ（ｘ）∝ｒ、Ｆ（ｚ）∝ｈの関係が成り立つ。ここで、ｒはリブの半径、即ち、懸垂碍子の中心線からリブ頂点（４ａ）までの水平距離であり、ｈは懸垂碍子（１）の頭部（２）の底部内面（２ａ）からリブ頂点（４ａ）の水平線までの垂直距離である。
【００１８】
軸方向と半径方向のスプリングバック率が同一とすると、ｔａｎΦ＝ｈ／ｒ、即ち、Φ＝ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）で表わされる。
従って、リブ部（４）におけるスプリングバックの発生角度（Φ）は、リブ（４）の半径（ｒ）と懸垂碍子の頭部の底部内面からリブ頂点水平線までの垂直距離（ｈ）から求めることができる。
【００１９】
本発明の乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法においては、成形体のリブ部を形成する金型のリブ角度（θ）をリブ部におけるスプリングバックの発生角度（Φ）より同等以下にした点を特徴としている。即ち、成形体のリブ部のリブ角度（θ）は金型のリブ角度と同一であるから、θ≦Φ、又、併せて、成形型に充填する顆粒粉体に成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は当該成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてモンタン酸又はステアリン酸を添加したことを特徴とするものであって、このことにより、クラックの無い無欠陥の懸垂碍子成形体を得ることができる。
【００２０】
図７は各リブ部におけるリブ角度と各リブに発生するスプリングバック作用力とその発生角度（Φ）を示している。
成形型に充填する顆粒粉体は、スプレードライヤーによって製造した顆粒粉体に成形体の強度を向上するための結合材としてのポリビニルアルコール及び／又は成形体と金型との摩擦抵抗を低減するための潤滑剤としてのモンタン酸又はステアリン酸を添加した混合粉体である。
【００２１】
成形体の強度を向上する結合剤と成形体と金型との摩擦抵抗を低減する潤滑剤の両方を加えることが好ましい。
結合剤の添加量は０．５％以上の範囲が好ましく、潤滑剤は１．０％以上の範囲が好ましい。
【００２２】
又、碍子原材料の粘土に熱水成因粘土を用いた場合は、堆積成因カオリナイト質系粘土粉体（以下、「堆積成因粘土」という）を用いた場合に比較しスプレードライヤーに投入するスラリー水分を低減でき、その結果、スプレードライヤーによる顆粒粉末製造時の燃料コストが低減でき好ましい。
【００２３】
従来から行われてきた懸垂碍子の湿式成形法では、碍子原材料の粘土に堆積成因粘土を用いてきたが、堆積成因粘土は粒径分布が極めて細粒であり、その結果、スプレードライヤーに投入するスラリー粘性を０．５Ｐａｓに調整すると、スラリー水分は５８％となる。一方、熱水成因粘土を用いた場合は、同一スラリー粘性に対し、スラリー水分は４０％と低減できる。尚、焼粘土（堆積成因粘土を１０００℃で焼成したもの）を用いた場合は、更にスラリー水分を低減できるが、成形体の強度が低く、後工程に問題を生じる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
（実施例１）
粗粉砕した陶石、長石、熱水成因粘土を微粉砕し、脱鉄したスラリーに所定量の添加剤を加えて混合したスラリーをスプレードライヤーに送入する。スプレードライヤーで製造した顆粒粉体を図３に示した成形型、及び図４に示した乾式加圧法によって懸垂碍子の成形体を製造した。
【００２５】
ここで、顆粒粉体を成形型に投入する方法として、ゴム型を回転させた状態で可能な限り初期投入し、次いで、振動を加えながら不足分を供給し充填する方法を用いた。この充填方法によれば、従来の単に振動を与えるのみの方法に比較し半分程度に充填時間が短縮され、生産性が向上するので好ましい。
成形圧力は１０００ｂａｒ、成形体の形状は図７に示した通りであり、その各部の寸法は表１に示した通りである。
【００２６】
【表１】
0004441138.tif 000002
【００２７】
各リブ（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）のリブ角度（θ）はいずれも３７．５（ｄｅｇ．）、又、ｈ／ｒ値から求めたスプリングバックの発生角度（Φ）は夫々６２．０（ｄｅｇ．）、５１．７（ｄｅｇ．）、４３．８（ｄｅｇ．）であり、いずれのリブにおいてもリブ角度（θ）はスプリングバックの発生角度（Φ）よりも小さい。金型のリブ部を形成する面の角度即ちリブ角度を３７．５（ｄｅｇ．）に設定して製造した金型を用いることによりこの形状の成形体が得られる。
又、成形の際、成形型に充填する顆粒粉体が含有する添加剤の種類、添加量と得られる成形体の良否の関係を表２に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
供試体１〜供試体５に示す通り、添加剤が所定量以上であれば良好な成形体が得られる。一方比較体１に示す通り、添加剤を加えなかった場合は、或いは比較体２〜比較体５に示す通り、添加量が少量過ぎた場合は、成形体のリブ部にクラックまたはリブ部の欠落が発生し、良好な成形体が得られなかった。図８は本発明の方法によって良好に成形された懸垂碍子の右半分の断面図を示す。図９は比較体の成形体を示す。リブ（Ｄ２）にクラック及び欠落が発生し、リブ（Ｄ３）も欠落している。
【００３０】
（実施例２）
碍子原材料の粘土として、熱水成因粘土を用いた場合と堆積成因粘土を用いた場合について、添加剤の種類、添加量と得られる成形体の良否の関係を表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
成形型、成形条件等全て実施例１と同一条件で懸垂碍子を成形した。粘土に熱水成因粘土を用いた供試体７は、結合剤ＰＶＡ（ポリビニリアルコール）０．５重量％、潤滑剤モンタン酸を３．０重量％用いた実施例であって、良好な懸垂碍子の成形体が得られている。一方、堆積成因粘土を用いた比較体８の場合は、供試体７と同一の添加剤及び添加量を用いても良好な成形体が得られていない。従って、碍子原材料の粘土に熱水成因粘土を用いることが添加剤の低減を可能とし、好ましい。
【００３３】
（実施例３）
形状の異なる各種の金型を用いて、実施例１と同一碍子原材料、成形条件で懸垂碍子を成形した。成形に使用した顆粒粉体は、添加剤としてＰＶＡ２．０重量％、ステアリン酸４．０重量％を加えて混合したスラリーをスプレードライヤーで製造した顆粒粉体である。
成形体の形状と成形体の良否の関係を表４に示す。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
供試体１０、供試体１１に示す通り、リブ角度（θ）がスプリングバック発生角度（Φ）、即ち、ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）以下であればクラックの無い良好な懸垂碍子成形体が得られる。一方、比較体１１〜比較体１３に示すとおり、リブ角度（θ）がスプリングバック発生角度（Φ）即ち、ｔａｎ-1（ｈ／ｒ）より大きい場合はリブ部にクラックの発生またはリブ部の欠落が発生し、良好な懸垂碍子の成形体は得られない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の乾式加圧法による内面側に突起形状部を有する軸対称形状のセラミック成形体として例えば、内面側にリング状の突起形状部を有する円盤状の懸垂碍子成形体の製造方法によれば、欠陥の無い良好な懸垂碍子成形体が得られ、従来、湿式成形法で行っていた脱水工程、真空土練機による杯土押出し工程、予備成形工程、丸鏝法による本成形工程、仕上工程、乾燥工程がスプレードライヤーによる顆粒粉体製造工程、添加剤混合工程、乾式加圧成形工程に短縮され、大幅な生産コストの低減と生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の乾式加圧法による懸垂碍子成形体の製造方法によって製造した懸垂碍子成形体の断面図を示す。
【図２】  懸垂碍子成形体の右半分の拡大断面図を示す。
【図３】  本発明で使用する成形型の断面図を示す。
【図４】  成形型を圧力容器内にセットし、乾式加圧により懸垂碍子を成形する説明図である。
【図５】  懸垂碍子成形体のリブ部に発生するスプリングバック作用力及びその発生角度についての説明図である。
【図６】  懸垂碍子成形体のリブ部に発生するスプリングバック作用力及びその発生角度について説明する図５の要部拡大図である。
【図７】  懸垂碍子成形体の各リブ部に発生するスプリングバック作用力及びその発生角度と各リブ部のリブ角度を示す説明図である。
【図８】  本発明の方法によって良好に成形された懸垂碍子の右半分の断面図を示す。
【図９】  比較体の成形体を示す断面図である。リブ（Ｄ２）にクラック及び欠落が発生し、リブ（Ｄ３）も欠落している状態を示す。
【符号の説明】
１…懸垂碍子成形体、２…頭部、２ａ…頭部の底部内面、３…かさ部、４…リブ部、４ａ…リブ部の頂点  ５…最内リング部、６…リブの外面、７…成形型、８…金型、９…ゴム型、１０…空間、１１…顆粒粉体投入口、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。
【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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【図９】
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