(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型とが上下に相対移動可能に配設され、前記上型及び下型の何れか一方が環状の案内外枠と該案内外枠内に相対移動可能に配設された内側金型とで構成された微細な珪石成分を含むセメントモルタル圧縮成形品用金型の構造において、
前記案内外枠の前記内側金型と摺接する内周面に、バナジウムカーバイトを高温塩浴処理してビッカース硬度がＨｖ３０００以上の圧縮成形時に生じる前記セメントモルタルの衝突による衝撃摩耗を抑制する表面処理皮膜を形成したライナーが内周面の縦方向及び横方向に複数に分割されて配設されたことを特徴とする微細な珪石成分を含むセメントモルタル圧縮成形品用金型の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントモルタルを使用する圧縮成形品を製造する際に使用する金型の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のセメントモルタル圧縮成形品用金型の構造としては、例えば特公平２−３８３６２号公報に記載されているものが知られている。
この従来例には、上下金型の一方が脱水成形面を有し、他方が中型とその中型に対して摺動自在に設けた型枠を有するセメント系成形品圧縮成形装置において、型枠の内周面に耐摩耗性のライナーを設けると共に、中型の外周面の少なくとも上部に耐摩耗性のライナーを設けるようにしたセメント系成形品圧縮成形装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例にあっては、型枠の内周面及び中型の外周面に夫々耐摩耗性を有する焼入鋼製のライナーを設けるようにしているので、セメントモルタル等の圧縮成形材料を圧縮成形する際に、圧縮成形品材料が型枠及び中型のライナー間に押し込まれたときに、両者の摩耗を抑制することができるものである。しかしながら、セメント系圧縮成形品の珪石成分には、従来川砂が用いられており、この川砂は表面に鋭利な凹凸を持たないが、近年、セメント系成形品の砂として粉砕砂が用いられ、また、製品の強度アップのために微細な粉砕珪石が用いられたりするようになってきた。このような場合、粉砕砂や粉砕珪石にはその表面に鋭利な凹凸があり、且つ粒子径が微細な場合は、研磨剤的作用を行うことにより、一層金型の摩耗が進むことになる。
【０００４】
特に、ライナーとして金属材料を焼入れ硬化したライナーを使用する場合、その表面硬度はビッカース硬度Ｈｖ８００前後が限界であり、珪石の硬度より小さく、金型と外枠との摩耗を無くすことは困難であり、ライナーの交換を頻繁に行わなければならないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、圧縮成形品の材料として鋭利な凹凸を表面に有する微細な粉砕珪石等を使用した場合でも金型の摩耗を大幅に抑制することができる微細な珪石成分を含むセメントモルタル圧縮成形品用金型の構造を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る微細な珪石成分を含むセメントモルタル圧縮成形品用金型の構造は、上型と下型とが上下に相対移動可能に配設され、前記上型及び下型の何れか一方が環状の案内外枠と該案内外枠内に相対移動可能に配設された内側金型とで構成された微細な珪石成分を含むセメントモルタル圧縮成形品用金型の構造において、前記案内外枠の前記内側金型と摺接する内周面に、バナジウムカーバイトを高温塩浴処理してビッカース硬度がＨｖ３０００以上の圧縮成形時に生じる前記セメントモルタルの衝突による衝撃摩耗を抑制する表面処理皮膜を形成したライナーが内周面の縦方向及び横方向に複数に分割されて配設されたことを特徴としている。
【０００６】
この請求項１においては、案内外枠の内側金型と摺接する内周面に配設したライナーに、ビッカース硬度がＨｖ３０００以上の表面処理皮膜を形成するようにしたので、粉砕珪石や粉砕砂を使用したセメントモルタルを圧縮成形したセメントモルタル圧縮成形品の圧縮成形時に、微細な珪石成分を含むセメントモルタルがライナーの内周面に衝突したときの摩耗を確実に抑制することができ、ライナー寿命を増大させて、ライナー交換頻度を従来品に比較して格段に減少させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
図１は本発明を適用し得る微細な珪石成分を含む粘土、セメントモルタル、セラミック材料等の微細な珪石成分を含むセメントモルタルを高圧縮して、屋根瓦、壁パネル等の圧縮成形品を製造する圧縮成形装置を示す断面図である。
図中、１は圧縮成形装置であって、基台２と、この基台２に垂直に配設された例えば４本の支柱３に案内されて上下方向に昇降自在に配設された昇降板４と、基台２上に配設された案内レール５に案内されて左右方向に移動可能に配設された左右移動台６と、昇降台４の下面側における中央部に配設された上型７と、左右移動台６に配設された上型７と対向する下型８及びこの下型８に対して左方に離間して配設された成形品載置台９とで構成されている。
【００１２】
昇降板４は、支柱３の上部に配設された高圧プレス機構１０によって昇降される。
また、左右移動台６は、クランク機構１１によって実線図示の左方の圧縮成形兼成形品受け渡し位置及び二点鎖線図示の右方の材料投入兼成形品載置位置との間で往復動される。クランク機構１１は、基台２の右側に配設された回転駆動機構１２によって回動駆動される回動アーム１３と、この回動アーム１３の先端と左右移動台６の右端との間を連結するリンク１４とで構成されている。
【００１３】
そして、圧縮成形兼成形品受け渡し位置で、下型８が上型７と対向し、且つ成形品載置台９が上型７より左方側の成形品受け渡し位置となり、この圧縮成形兼成形品受け渡し位置から回動アーム１３を１８０度回動させて二点鎖線図示の材料投入兼成形品載置位置とすることにより、成形品載置台９が上型７と対向し、且つ下型７が微細な珪石を含むセメントモルタルを投入する成形材料投入機構１５に下方から対向する位置となる。
【００１４】
下型８には、その上面側の成形面２１に縦横に整列配置された搾水吸引口２２が形成され、これら搾水吸引口２２が搾水吸引通路２３を介して集水管２４に連通され、この集水管２４が図示しない真空ブロワ等の真空源に連結されている。また、搾水吸引通路２３は図示しない水洗用パイプにも連通され、一回の圧縮成形が終了する毎に水洗される。
さらに、下型８の成形面２１には、濾過ユニット２５が取付けられている。この濾過ユニット２５は、下から順に配設された金網２６及び脱水布２７で構成されている。この濾過ユニット２５は、搾水時の材料の流出を抑制する機能を果たすものである。
【００１５】
上型７は、下面に屋根瓦等の成形面を有して例えば幅３００ｍｍ、長さ９００ｍｍ、厚み２０ｍｍに形成され、且つ昇降台４の中央下面側に支持された方形の内側金型３１と、この内側金型３１の周囲を囲み且つ内側金型３１に対して上下方向に相対移動可能に配設された案内外枠３２と、昇降台４に支持された案内外枠３２を内側金型３１に対して上下に昇降させる昇降用シリンダ３３とで構成されている。
案内外枠３２の内側金型３１の外周面と摺接する内周面には、例えば炭素工具鋼を母材とするライナー３６が着脱自在に配設されている。このライナー３６は、図２に示すように、内周方向に複数に分割（例えば縦方向に４分割、横方向に３分割）されている。このようにライナー３６を複数に分割することにより、個々のライナー構成品を高面精度で容易に制作することが可能となる。また、ライナー３６と内側金型３１との間の隙間は通常３０μｍ以下に調整されている。
【００１６】
そして、ライナー３６の内側金型３１の外周面と摺接する内周面に、焼き入れ鋼のビッカース硬度Ｈｖ約８００Ｈｖより高いビッカース硬度Ｈｖ３０００以上の硬度を有する表面処理皮膜３７が所定厚みで形成されている。表面処理皮膜としては、電気・化学めっき処理、溶融塩法等で形成する湿式皮膜や、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition) 法などで形成する乾式皮膜や、プラズマ溶射等で形成する溶射皮膜などが挙げられる。
【００１７】
ここで、湿式めっき処理で形成するビッカース硬度Ｈｖ１０００以上となる表面処理皮膜としては、Ｃｒ−Ｃめっき皮膜（Ｈｖ１１００）、Ｃｒ−Ｃ−Ｎめっき皮膜（Ｈｖ１２００）、焼き入れ等の熱処理によって表面硬化させた母材にめっき処理した無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜、無電解Ｎｉ−Ｂめっき皮膜（Ｈｖ１０００）、Ｎｉ−Ｍｏめっき皮膜（Ｈｖ１２５０）、Ｃｒ−Ｃ−Ｎめっき皮膜（Ｈｖ１３００）、Ｎｉ−Ｗめっき皮膜（Ｈｖ１３５０）、Ｆｅ−Ｗめっき皮膜（Ｈｖ１４００）、Ｐｄ−Ｎｉ−Ｐめっき皮膜（Ｈｖ１５５０）、Ｃｒ−Ｃめっき皮膜（Ｈｖ１７００〜Ｈｖ１９００）、Ｃｒ−Ｃ−Ｏめっき皮膜（Ｈｖ１８００）等が挙げられる。また、複合メッキ処理でビッカース硬度Ｈｖ１０００以上となる表面処理皮膜としては、焼き入れ等の熱処理によって表面硬化させた母材にめっき処理したＮｉ−Ｐ−ＳｉＣめっき皮膜（Ｈｖ１３００）、Ｎｉ−Ｂ−ＳｉＣめっき皮膜（Ｈｖ１４００）、Ｎｉ−Ｗ−ＳｉＣめっき皮膜（１５００）、Ｎｉ−Ｐ−Ｄｉａめっき皮膜（Ｈｖ１６００）等が挙げられる。さらに、高温塩浴処理で形成するビッカース硬度３０００以上となる表面処理皮膜としては、高温塩浴処理法の１つであるＴＤ（Thermoreactive Deposition and Diffusion)法によって得られるＴＤ−ＶＣ皮膜（Ｈｖ３０００〜３８００）が挙げられる。
【００１８】
また、乾式処理（ＣＶＤ，ＰＶＤ）で形成するビッカース硬度Ｈｖ１０００以上となる表面処理皮膜としては、ＣｒＮ蒸着膜（Ｈｖ１８００）、ＴｉＮ蒸着膜（Ｈｖ１９００）、ＴｉＡｌＮ蒸着膜（Ｈｖ２１００）、ＴｉＣＮ蒸着膜（Ｈｖ２４００）、ＴｉＣ蒸着膜（Ｈｖ２７５０）、ＶＣ蒸着膜（Ｈｖ２７５０）等が挙げられる。
さらに、溶射処理で形成するビッカース硬度Ｈｖ１０００以上となる表面処理皮膜としては、溶射ガン燃焼室の圧力を高めることにより爆発燃焼炎に匹敵する高速火炎を発生させ、この燃焼炎ジェット流の中心に粉末材料を供給して溶融又は半溶融状態にし、高速度で連続噴射する高速フレーム溶射法ＨＶＯＦ（High Velocity Oxy-Fuel) で形成するＷＣ皮膜（Ｈｖ１１００）、ＷＣ−Ｃｏ皮膜（Ｈｖ１１００）が挙げられる。
【００１９】
これらの表面処理皮膜のうち、めっき及び塩浴の湿式処理、ＣＶＤ，ＰＶＤの乾式処理で形成した表面処理皮膜は厚みが比較的薄い薄膜となるが、溶射処理で形成した表面処理皮膜は比較的厚い厚膜とすることができる。
これらのうち、案内外枠３２に取付けたライナー３６の内側金型３１に摺接する内周面にビッカース硬度Ｈｖ３０００以上の高硬度の表面処理皮膜３７を形成することにより、圧縮成形装置１で微細な珪石成分を含むセメントモルタルを高圧縮して屋根瓦等の圧縮成形品を製造する際に、ライナー３６の磨耗を大幅に抑制して、ライナー寿命を向上させることができる。
【００２０】
すなわち、屋根瓦等の圧縮成形品を形成するには、先ず、クランク機構１１の回動アーム１３を二点鎖線図示のように右側に回動させて、左右移動台６を成形材料投入兼成形品載置位置とし、この状態で、下型８の成形面２１に成形材料投入機構１５から所定量のセメントモルタル４０を二点鎖線図示のように山形に投入する。
次いで、クランク機構１１の回動アーム１３を１８０度回転させて実線図示の回動位置とすることにより、左右移動台６を左方の圧縮成形兼成形品受け渡し位置に移動させる。
【００２１】
この間に昇降用シリンダ３３のピストンを伸長させて案内外枠３２の下面を内側金型３１の意匠面３０より下方に所定量突出させた状態としてから高圧プレス機構１０のピストンを伸長させて、昇降板４を下降させて上型７を下型８に押しつけることにより、セメントモルタルを圧縮成形する。この圧縮成形時に、真空源が作動されて、下型８の上面の成形面２１に形成された搾水吸引口２２からセメントモルタルに含まれる水分が搾水吸引通路２３を介して集水管２４に迅速に排出される。
【００２２】
この圧縮成形によって、セメントモルタルが可塑性を発揮し、高密度に硬く成形されて大面積を有する屋根瓦となる圧縮成形品が形成される。
その後、高圧プレス機構１０のピストンが収縮して、上型７が下型８より上方に所定距離離間する。このとき、圧縮成形品は上型７の内側金型３１及び案内外枠３２で囲まれる空間内に保持されたまま上型７と共に上方に移動する。
この状態で、再度クランク機構１１の回動アーム１３を１８０度回動させることにより、左右移動台６が右方に材料投入兼成形品載置位置まで移動される。
【００２３】
その後、前述したように材料投入機構１５によって下型８上にセメントモルタルが山形に投入され、これと同時に昇降シリンダ３３のピストンが収縮されて、案内外枠３２が、その下面が図１で実線図示のように内側金型３１の意匠面３０より僅かに上方位置となるまで上昇される。
この案内外枠３２の上昇によって、上型７に保持されていた圧縮成形品の外周部が開放されることにより、圧縮成形品が下方に落下して、下方に配置された成形品載置台９上に載置される。
【００２４】
その後、前述したように、クランク機構１１を作動させて、左右移動台６を左方の圧縮成形兼成形品受け渡し位置に移動させることにより、圧縮成形が行われると共に、成形品載置台９に載置されている圧縮成形品が図示しない移載機構によってベルトコンベヤ等の搬送装置に移載される。
ところで、圧縮成形装置１によるセメントモルタルの圧縮成形工程では、高圧プレス機構１０で上型７が下降されたときに、案内外枠３２の下面が下型８の成形面２１に当接することにより、この案内外枠３２の下降が停止されるが、内側金型３１は下降を継続して、セメントモルタルに８０ｋｇ／ｃｍ2 程度の面圧を与えて圧縮成形する。この圧縮成形の際に、上型７の案内外枠３２におけるライナー３６の内周面に摩耗が生じる。
【００２５】
このライナー３６の内周面の摩耗は、セメントモルタルの圧縮成形品の強度を向上させるために、近年、珪石成分として、表面に鋭利な凹凸を有する砕石珪石を用いるようになったことにより、摩耗量が増加する傾向にある。
このライナー３６の内周面の摩耗としては、従来、圧縮成形時にセメントモルタルの微細な珪石成分が内側金型３１の外周面と案内外枠３２の内周面との間の摺接面に入り込み、これによる研磨材的作用によって摩耗が生じるものと考えられていた。
【００２６】
ところが、本発明者等が実験を行った結果、案内外枠３２における従来の焼き入れによる表面効果処理を施したライナー３６の摩耗量は、数十万回の圧縮成形を繰り返すことにより、図３に示すように、常時内側金型３１に摺接している常時摺接部３６ａの摩耗量に対して圧縮成形時にセメントモルタルに接触する開放部３６ｂ側の摩耗量が５０〜８０μ程度多くなることを知見した。
この開放部３６ｂの摩耗は、高圧プレス機構１０で、上型７を下型８に押し付ける際に、下型８の成形面２１の中央部に山形に盛られたセメントモルタルが、高速且つ強い圧力で案内外枠３２のライナー３６における開放部３６ｂに衝接されることになり、この圧縮成形を繰り返すことにより、摩耗形態的にはライナー３６にセメントモルタルの衝突による衝撃摩耗が発生し、この衝撃摩耗が先行し、その後に案内外枠３２に対する内側金型３１の下降時に、内側金型３１と案内外枠３２のライナー３６との間にセメントモルタル成分が入り込み、アブレシブ（引っ掻き）摩耗を生じることが判明した。
【００２７】
この結果、ライナー３６の内周面を従来の焼き入れによる表面硬化処理よりビッカース硬度の高い表面処理皮膜３７で覆うことにより、ライナー３６の衝撃摩耗を抑制すると共に、アブレシブ摩耗を抑制することができ、ライナー寿命を大幅に向上させることができた。
［比較例２］
上型７における案内外枠３２のライナー３６を、母材を炭素工具鋼として、その内周面の内側金型３１との摺接面にタングステンカーバイト（ＷＣ）を前述したＨＶＯＦ溶射法によって溶射処理することにより、ビッカース硬度Ｈｖ１１００で硬質厚膜皮膜を形成した。
［実施例１］
上型７における案内外枠３２のライナー３６を、母材を炭素工具鋼として、その内周面の内側金型３１との摺接面にバナジウムカーバイト（ＶＣ）を前述した高温塩浴処理であるＴＤ法を使用してビッカース硬度Ｈｖ３０００で厚さ５〜１５μｍの硬質薄膜を形成した。
［比較例１］
上型７における案内外枠３２のライナー３６を、母材を炭素工具鋼として、これに炎焼き入れ硬化法によってビッカース硬度Ｈｖ７８０の表面硬化を行った。
【００２８】
これら比較例２、実施例１及び比較例１の各ライナー３６を、図４に示すように、案内外枠３２の方形筒状内周面における一方の長辺を除く３辺に比較例１のライナー３６Ｃを配設し、残りの長片に、左側から順に比較例のライナー３６Ｃ、比較例２のライナー３６Ａ、実施例１のライナー３６Ｂを配設して、高圧プレス機構１０の面圧を８０ｋｇ／ｃｍ2 として２８万回圧縮成形を行った結果を下記表１に示す。
【００２９】
【表１】
0004875275.tif 000002
【００３０】
この表１から明らかなように、ＷＣを溶射処理して厚膜を形成した比較例２では、表面硬度がビッカース硬度Ｈｖ１１００となり、２８万回圧縮成形を繰り返した後の下部（開放部３６ｂ）の平均摩耗量が１０μｍであり、炎焼き入れ処理のみの比較例の平均摩耗量６０μｍの６分の１程度の摩耗量に抑制することができた。
また、ＶＣを塩浴処理して薄膜を形成した実施例１では、表面硬度がビッカース硬度Ｈｖ３０００となり、２８万回圧縮成形を繰り返した後の下部（開放部３２ｂ）の平均摩耗量が２μｍ以下であり、炎焼き入れ処理のみの比較例の平均摩耗量６０μｍの３０分の１以下の摩耗量に抑制することができた。
【００３１】
したがって、比較例２のビッカース硬度１１００より高いビッカース硬度Ｈｖ３０００以上の表面処理皮膜をライナー３６に形成することにより、ライナー３６の内周面における摩耗量を低減して、ライナー寿命を長期化することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、下型８に搾水吸引口２２及び濾過ユニット２５を形成し、上型７に内側金型３１及び案内外枠３２を形成し、上型７を高圧プレス機構１０で昇降させるように構成した圧縮成形装置１に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上型７に代えて下型８を高圧プレス機構で昇降させたり、さらには上型７における内側金型３１に搾水吸引口２２を形成するようにした圧縮成形装置や、上型７及び下型８の上下を反転させて両者を相対移動可能に構成する圧縮成形装置にも本発明を適用し得ることは言うまでもない。
【００３３】
また、上記実施形態においては、上型７における案内外枠３２の内周面にライナー３６を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、内側金型３１の外周面にもライナー３６と同様の外周面にビッカース硬度Ｈｖ３０００以上の表面処理皮膜を形成したライナーを設けるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、案内外枠の内側金型と摺接する内周面に配設したライナーに、ビッカース硬度がＨｖ３０００以上の表面処理皮膜を形成するようにしたので、表面に鋭利な凹凸を有する珪石等を含むセメントモルタルを使用して圧縮成形品を形成する際に、セメントモルタルがライナーの内周面に衝突したときの衝突摩耗を確実に抑制することができ、ライナー寿命を増大させて、ライナー交換頻度を従来品に比較して格段に減少させることができるという効果が得られる。
また、ライナーを内周面の縦・横方向に複数に分割して配設することにより、個々のライナー構成品を高面精度で容易に制作することが可能となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用し得る圧縮成形装置を示す断面図である。
【図２】  上型の案内外枠を示す平面図である。
【図３】  案内外枠の摩耗状態を示す説明図である。
【図４】  ライナー摩耗テストに使用した上型の案内外枠を示す平面図である。
【符号の説明】
１  圧縮成形装置
６  左右移動台
７  上型
８  下型
９  成形品載置台
１０  高圧プレス機構
１１  クランク機構
２１  成形面
２２  搾水吸引口
２５  濾過ユニット
３０  意匠面
３１  内側金型
３２  案内外枠
３３  昇降用シリンダ
３６  ライナー
３７  表面処理皮膜
【図１】
0004875275.tif 000003
【図２】
0004875275.tif 000004
【図３】
0004875275.tif 000005
【図４】
0004875275.tif 000006