JP2002283323A - 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及び懸垂碍子成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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からなる成形型７に顆粒粉体を
充填し、ゴム型９を加圧して顆粒粉末を圧縮させて成形
する乾式加圧法によるセラミック成形体の製造方法であ
る。加圧成形後降圧する際に成形体の突起形状部の外周
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
突起形状部の外周側角度を同等以下にすると共に、顆粒
粉体が成形体の強度を向上するか又は成形体と金型８と
の摩擦抵抗を低減するかの少なくともいずれか一方の作
用をもつ添加剤を含有する。

Description

【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象形状のセラミッ
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末を圧縮させて成形する乾式加
圧法による製造方法において、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
強度を向上するか又は当該成形体と当該金型との摩擦抵
抗を低減するかの少なくともいずれか一方の作用をもつ
添加剤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。

【０００６】 本発明においては、前記添加剤が結合剤
としてポリビニルアルコールであることが好ましい。
又、前記添加剤が潤滑剤としてモンタン酸またはステア
リン酸であることが好ましい。

【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、ゴム型を加圧して顆粒粉末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成形体のリブ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リブの外周
側の角度を同等以下にすると共に、顆粒粉体が成形体の
強度を向上するか又は成形体と金型との摩擦抵抗を低減
するかの少なくともいずれか一方の作用をもつ添加剤を
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。

【０００８】 本発明においては、前記添加剤が結合剤
としてポリビニルアルコールであることが好ましい。
又、前記添加剤が潤滑剤としてモンタン酸またはステア
リン酸であることが好ましい。更に、前記添加剤が結合
剤と潤滑剤の両方であることが好ましい。

【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、ゴム型を加圧して顆粒粉末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、
顆粒粉体が成形体の強度を向上する結合剤か又は成形体
と金型との摩擦抵抗を低減する潤滑剤の少なくともいず
れか一方を含有し、且つ、懸垂碍子のリブを形成する金
型のリブ角度（θ）が、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（１
０）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（１
４）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か又は成
形体と金型との摩擦抵抗を低減するか少なくともいずれ
か一方の作用をもつ添加剤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
強度を向上するか又は成形体と金型との摩擦抵抗を低減
するか少なくともいずれか一方の作用をもつ添加剤を添
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しては
例えばポリビニルアルコールが好ましい。成形体と金型
との摩擦抵抗を低減する潤滑剤としてはモンタン酸、ス
テアリン酸が好ましい。添加剤として結合剤と潤滑剤の
両方を加えることが更に好ましい。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１
０００ｂａｒ、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】

【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６
２．０（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３
７．５（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】

【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（Ｄ
２）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】

【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】

【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、１
５…圧力媒体、１６…シールドゴム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 立 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 田中 悟 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 4G054 AA05 AB03 BE04 BE09 DA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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末を圧縮させて成
   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か又は
   当該成形体と当該金型との摩擦抵抗を低減するかの少な
   くともいずれか一方の作用をもつ添加剤を含有している
   ことを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記添加剤が結合剤としてのポリビニル
   アルコールであることを特徴とする請求項１に記載のセ
   ラミック成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記添加剤が潤滑剤としてのモンタン酸
   またはステアリン酸であることを特徴とする請求項１に
   記載のセラミック成形体の製造方法。
4. 【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
   て当該顆粒粉末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か又は当該成形体と当該
   金型との摩擦抵抗を低減するかの少なくともいずれか一
   方の作用をもつ添加剤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。
5. 【請求項５】 前記添加剤が結合剤としてのポリビニル
   アルコールであることを特徴とする請求項４に記載の懸
   垂碍子成形体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記添加剤が潤滑剤としてのモンタン酸
   またはステアリン酸であることを特徴とする請求項４に
   記載の懸垂碍子成形体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記添加剤が結合剤と潤滑剤の両方であ
   ることを特徴とする請求項４に記載の懸垂碍子成形体の
   製造方法。
8. 【請求項８】 前記碍子原材料に用いる粘土が熱水成因
   の陶石系粘土粉体であることを特徴とする請求項４に記
   載の懸垂碍子成形体の製造方法。
9. 【請求項９】 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
   て当該顆粒粉末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結
   合剤か又は当該懸垂碍子成形体と当該金型との摩擦抵抗
   を低減する潤滑剤の少なくともいずれか一方を含有し、
   且つ、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。