押出し成形機及びこれを用いた陶板の製造方法
【課題】坏土の螺旋状の配向を抑制し、潜在歪を低減させた状態で坏土を押出す押出し成形機及びこの押出し成形機を用いた陶板の製造方法を提供する。
【解決手段】坏土を圧送するスクリュー１０２と、スクリューの軸体をなすスクリュー軸１０１と、スクリュー軸に連接された中玉支持軸１０６と、中玉支持軸に連接された中玉１０７とを含んでなる押出し成形機であって、中玉支持軸１０６と中玉１０７の少なくとも何れか一方が、坏土押出しに際してスクリュー１０２とは逆方向に回転するようになっている。
【解決手段】坏土を圧送するスクリュー１０２と、スクリューの軸体をなすスクリュー軸１０１と、スクリュー軸に連接された中玉支持軸１０６と、中玉支持軸に連接された中玉１０７とを含んでなる押出し成形機であって、中玉支持軸１０６と中玉１０７の少なくとも何れか一方が、坏土押出しに際してスクリュー１０２とは逆方向に回転するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は針状結晶鉱物が添加された坏土を成形後、焼成して大型の陶板（セラミック板）を製造する押出し成形機及びこれを用いた陶板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型陶板を製造するにあたって、一般に針状鉱物を配合した坏土を湿式成形により円筒状に押し出し、押出し方向に沿って生地を切り開き、圧延して素地を形成するようになっている。これを実現するに際して、押し出し成型時のスクリュー回転に起因する坏土のよじれ（らせん状の配向）に起因して、焼成体の反りが発生することが従来から知られていた。そして、このような焼成体の反りを招く坏土のよじれを解消するために種々の改良がなされているが、どれも反りの解消は十分ではなかった。
【０００３】
より具体的には、押出し成形機を用いて大型の陶板を作成する際、一般的に針状結晶鉱物である珪灰石（ウォラストナイト）、粘土、滑石の乾燥粉末を、それぞれ所定量配合、混合した後、水を添加して可塑性の坏土を調製し、この坏土を押出し成形機によって円筒状に押出した後、平板状に広げ、圧延ローラによって例えば厚さ４ｍｍ、長さ１８００ｍｍ、幅９００ｍｍの寸法の陶板に仕上げている。
【０００４】
この場合、押出し成形機は、坏土を圧送するスクリューと、スクリューの軸体をなすスクリュー軸と、スクリュー軸に連接された中玉支持軸と、中玉支持軸に連接された中玉とで構成されており、坏土はスクリュー軸の回転の影響で捩れた状態で押出される。
【０００５】
そこで、この捩れ癖を解消するために中玉軸受ケースが提案されている。この中玉軸受ケースはスラストベアリングを内蔵した構造であるため、スクリュー軸と中玉支持軸は回転力伝達の点で絶縁状態を保ったまま連結されている。これによって、スクリュー軸の回転力はベアリングの作用により中玉支持軸に伝えられず、捩れ応力は低減される。しかしながら、旋回スクリューの回転によって生じた螺旋状の配向が潜在歪となって、乾燥、焼成後、復元する傾向があった。
【０００６】
このような、旋回スクリューの回転によって生じた螺旋状の配向を解消するために、特許文献１乃至３に記載の押出し成形機が知られている。特許文献１に記載された押出し成形機は、針状結晶鉱物が同一方向に配向整列された組織を有する大型平板状焼結体を製造するようになっている。より具体的には、この押出し成形機は、坏土を押出し成形機によって円筒状に押出した後にこれを平板状に広げて圧延ローラによってローラ圧延する際、螺旋状の配向を捻り戻すような溝を圧延ローラの表面に設けている。
【０００７】
また、特許文献２に記載の押出し成形機は、中玉を中玉軸の回転から絶縁すると共に外胴に固定し、かつ複数の矯正板を設け、坏土のよじれを矯正するようになっている。より具体的には、この押出し成形機は、中玉の後端に設けられた矯正部材が、軸心に対して放射状に設けられた複数枚の矯正板と、これら矯正板の後端が固着された筒体とを有している。そして、矯正部材を中玉の後端に装着した際に、軸心に対して矯正板が中玉の後部の表面に放射状に備えられた状態となる。
【０００８】
これによって、坏土が複数枚の矯正板間を強制的に通過する際に、スクリューの回転運動によって生じる坏土組織の螺旋状の配向がほぼ真っ直ぐな配向へと矯正されながら、押出口に向かって中玉の表面上を流れていく。
【０００９】
また、特許文献３に記載の押出し成形機は、外胴をスクリューに対し逆回転させると共に回転により坏土を流動させるフィンであって、旋回流動手段と補助流動手段との役目を兼ねるフィンを設けている。より具体的には、この押出し成形機は、坏土を押出方向から見て波形をなすように押し出すようになっている。そして、この押出し成形機は、回転体がその軸線に沿って一定の間隔を空けて配置される複数の旋回流動体を内周面に備える円筒状の部材からなり、両端部が軸受及びオイルシールを介してそれぞれ押出室及びノズルに外嵌されることにより、回転自在に支持されている。また、旋回流動体は、回転体の軸線周りに放射状に配置された複数の旋回羽根を備えている。旋回羽根は、薄板状の部材であり、法線方向が回転体の軸線方向に対して所定の角度傾斜した配置となるように回転体の内周面に固定されている。そして、このような構成を有することで、吐出口から押し出される粘土成形体の回転癖を解消するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２９９８０７２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１４５２９０号公報
【特許文献３】特開２００６−５１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の押出し成形機は、坏土押出し後の歪低減が不十分な点を解決するために上述したように坏土のよじれをねじり戻すような溝を圧延ローラに設けている。しかしながら、坏土は塑性が高いため、このような溝を設けることによってせん断歪がかえって残り易くなる。即ち、上述した特許文献１に開示された構成では、坏土に残存した潜在歪を十分に低減させることができず、製品の反り量を低減させる点では限界があり、製品を製造するにあたって適切なものとは言えなかった。
【００１２】
また、特許文献２に記載の押し出し成型機は、坏土のよじれ低減を図る点では有効である。しかしながら、坏土が複数の矯正板に接触する際の抵抗により、矯正板近傍の坏土に密度差が生じることが考えられる。そのため、この坏土の密度差が原因となり、坏土が均一な組織とならず、焼成体の表面に凹凸面が形成される恐れがある。場合によっては、陶板の焼成時に焼成体自体に変形をもたらす恐れがある。
【００１３】
また、特許文献３に記載の押出し成形機は、外胴をスクリュー軸とを逆方向に回転させるような構成であるため、素地の押出し方向とは垂直の方向に大きなせん断力を与えることになり、これが坏土の潜在歪を助長する方向に作用し、潜在歪が焼成体の変形をもたらすことが考えれる。そのため、特許文献１と同様に、坏土に残存した潜在歪を十分に低減させることができず、製品の反り量を低減させる点では限界があり、製品を製造するにあたってやはり適切なものとは言えない。
【００１４】
本発明の目的は、坏土の螺旋状の配向を抑制し、潜在歪を低減させた状態で坏土を押出す押出し成形機及びこの押出し成形機を用いた陶板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、本発明に係る押出し成形機は、
坏土を圧送するスクリューと、該スクリューの軸に連接された中玉支持軸と、該中玉支持軸に連接された中玉とを有する押出し成形機であって、
前記中玉支持軸と前記中玉の少なくとも何れか一方が、前記坏土押出しに際して前記スクリューとは逆方向に回転することを特徴としている。
【００１６】
スクリューの後段に設けられた中玉支持軸と中玉の少なくとも何れか一方がスクリューに対して逆回転することで、坏土の捩れ癖を解消し、坏土内のせん断歪を相殺するので、陶板の変形（反り）を大幅に抑制できる。
【００１７】
また、本実施形態に係る押出し成形機を用いることによって、運搬時や施工時に割れ難く、施工後にも長期に亘って使用できる陶板を製造可能とする。
【００１８】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部、中玉支持軸と中玉との連接部の少なくとも何れかに、回転を絶縁する絶縁部を設けているのが良い。回転を絶縁するとは、前段の（絶縁部に伝達される）方向性をもった回転を、該方向性を保持したまま後段に伝達させないことを言い、より具体的には、スクリュー軸の回転を遮断して、後段の中玉支持軸または中玉を坏土の流動抵抗に応じて自由に回転可能に、または変位可能にすること、あるいは、後述する反転機構を用いて、後段の中玉支持軸または中玉の回転方向を変えることを意味する。
【００１９】
例えば、ベアリングなどの絶縁部によりスクリュー軸と中玉支持軸間の回転を絶縁できるため、中玉支持軸、中玉の少なくとも何れかをスクリューの回転に対して逆回転させ、他方を坏土の流れに任せて自由に回転させることも可能となり、押出し成型機の設計の自由度を高めることができる。
【００２０】
また、スクリュー軸と中玉支持軸の双方を強度上必要最小限の太さに抑えることができる。
【００２１】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、絶縁部に反転機構を設けているのが良い。
【００２２】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部に反転機構を設け、中玉支持軸がスクリュー軸と逆回転するのが良い。
【００２３】
このように、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部において、スクリューの回転を反転する反転機構を有することで、中玉支持軸がスクリューとは逆方向に回転するようになるので、坏土の捩れ癖が相殺され、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。また、圧延ローラの表面に特別な溝加工を施す必要がなく、汎用の圧延ローラを用いることができる。
【００２４】
また、スクリュー軸や中玉支持軸を駆動する回転駆動源を１つの回転駆動源で兼用できるので、押出し成型機自体の小型化や消費電力の低減を図ることができる。
【００２５】
また、スクリュー軸と中玉支持軸の軸線上に反転機構を設けることで、針状鉱物の配向を乱すことなく歪を低減できる。また、排出口側から逆回転の駆動部を接続する実施態様や二重反転シャフト等、他の複雑な実施態様をとる必要がなくなり、押出し成形機自体を小型化することができる。
【００２６】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、中玉が中玉支持軸の回転と絶縁されているのが良い。これによって坏土が中玉を通過する過程ではこの坏土の流れに従うため、坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００２７】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、中玉支持軸の回転軸芯がスクリュー軸の回転軸芯の延長線上にあるのが良い。これによって坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、スクリューの旋回を介して生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００２８】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、中玉支持軸の回転はスクリュー軸の回転よりも減速されているのが良い。これによって坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００２９】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機において、反転機構として波動歯車装置を用いるのが良い。反転機構として波動歯車装置を用いることで、この反転機構の部分をかなりコンパクトにでき、ひいては押出し成型機自体の更なる小型化を達成できる。
【００３０】
また、本発明に係る押出し成形機を用いた陶板の製造方法は、押出し成形機を用いて坏土を円筒状に成形する工程、坏土を切り開く工程、切り開いた坏土を圧延する工程を有している。係る陶板を製造するにあたって本発明の押出し成形機を用いることにより、坏土は螺旋状の配向を抑制して円筒状に押出され、乾燥、焼成後、潜在歪の復元しない変形（反り）を大幅に抑制した陶板を製造することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の押出し成形機によると、坏土の螺旋状の配向を抑制し、潜在歪を低減させた状態で坏土を押出す押出し成形機及びこの押出し成形機を用いた陶板の製造方法を提供することができる。
【００３２】
特に、坏土押出しに際して、中玉支持軸、中玉の何れか一方か双方をスクリューの回転に対して逆方向に回転させることで、スクリューとは逆方向のせん断力を坏土の所望の領域に生じさせて坏土内の歪を相殺させる。その結果、坏土の捩れ癖を相殺することが可能となり、表面に特別な溝加工を施した圧延ローラを用いることなく、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００３３】
また、本発明の押出し成形機を用いることにより、坏土は、螺旋状の配向を大幅に抑制されたままの状態で円筒状に押出され、乾燥、焼成後、潜在歪の復元しない陶板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機の構成要素をなす反転機構を示す分解斜面図である。
【図７】図６とは見る方向を水平方向に反転させた状態の反転機構を示す分解斜面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機に備わる反転機構の組み立て状態をその軸線方向から示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の各実施形態に係る押出し成形機及びこれを用いた陶板の製造方法について図面に基づいて説明する。最初に本発明の第１の実施形態に係る押出し成形機について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係る押出し成型機１００は、外胴１０３と、外胴内に配置されたスクリュー軸１０１と、スクリュー軸１０１の長手方向に関して坏土の押出し方向上流側の一部の周囲に設けられたスクリュー１０２と、スクリュー軸１０１に連接された中玉支持軸１０６と、中玉支持軸１０６に連接された中玉１０７と、中玉支持軸１０６を駆動する反転機構１１０とを有している。中玉支持軸１０６と中玉１０７との連接部にはこの両者の回転を絶縁する絶縁部１０５が備わると共に、反転機構１１０を介して中玉１０７がスクリュー１０２とは逆方向に回転するようになっている。そして、押出し成形機１００は、スクリュー１０２を介して坏土を中玉１０７に向かって圧送すると共に、坏土を、外胴１０３と中玉１０７との間の隙間を介して押出し成型機１００の出口側から外部に円筒状をなした状態で押し出すようになっている。
【００３７】
なお、絶縁部１０５は、中玉内に設けられたベアリングからなり、反転機構１１０は、一端１１１ａが中玉から延出する回転軸１２０に接続されたユニバーサルジョイント１１１と、ユニバーサルジョイント１１１の他端１１１ｂが接続された減速機構１１５と、減速機構１１５に接続された駆動モータ１１６とを有している。減速機構１１５は、例えば複数の歯車を互いに噛合させた状態で収容したギヤボックス等からなり、駆動モータ１１６は、例えばサーボモータ等の十分な回転トルクを発生し得る駆動源からなる。
【００３８】
そして、駆動モータ１１６の回転が減速機構１１５を介して減速されると共に、十分な回転トルクを発生するようにし、この回転トルクがユニバーサルジョイント１１１を介して中玉から延出する回転軸１２０に伝達され、中玉１０７が中玉から延出する回転軸１２０と一体になって回転するようになっている。なお、駆動モータ１１６の回転方向は、上述したように中玉１０７がスクリュー１０２とは逆方向に回転する方向に対応している。また、図１に示すように、減速機構１１５及び駆動モータ１１６は、ユニバーサルジョイント１１１を介して中玉から延出する回転軸１２０の軸芯から所定量だけ（図１では上方に）偏倚して配置され、これら減速機構１１５及び駆動モータ１１６が押出し成型機１００から押し出される坏土と干渉しないようになっている。
【００３９】
本実施形態の構成によると、中玉１０７の中玉支持軸１０６との連接部にベアリングからなる絶縁部１０５を設けているので、坏土は外胴内でスクリュー１０２から圧送されて外胴１０３と中玉１０７の間から押出される過程において中玉１０７のみがスクリュー軸１０１の回転方向に対して逆回転する。この過程において中玉１０７のみがスクリュー軸１０１に対して逆方向に回転することで、坏土に対して逆方向のせん断力を作用させて坏土のよじれ解消と歪低減を実現することができる。
【００４０】
また、スクリュー軸１０１と中玉支持軸１０６の双方を強度上必要最小限の太さに抑えることができる。
【００４１】
続いて、本発明の第２の実施形態に係る押出し成形機について説明する。なお、上述した第１の実施形態と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【００４２】
第２の実施形態に係る押出し成形機は、基本的に第１の実施形態と同様の構成を有するが、第１の実施形態と異なる点として、スクリュー軸２０１と中玉支持軸２０６との連接部にこの両者の回転を絶縁する絶縁部２０５を設け、中玉支持軸２０６及び中玉２０７がスクリュー軸２０１と逆回転するようになっている。このような構成の押出し成型機２００を用いることで、押出された坏土を展開して焼成する際に焼成体の変形を少なくすることができる。
【００４３】
なお、この第２の実施形態に係る押出し成型機の変形例として、ここでは図示しないが、中玉２０７と中玉支持軸２０６との連接部分にもベアリング等からなる絶縁部を設けることにより、反転機構２１０を介して中玉支持軸２０６のみがスクリュー軸２０１と逆回転するようにしても良い。この場合、逆方向のせん断力は、第２の実施形態よりも小さくなるが、焼成後の坏土の変形を抑制することが期待できる。
【００４４】
続いて、本発明の第３の実施形態に係る押出し成型機について説明する。なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４５】
本発明の第３の実施形態に係る押出し成型機３００は、図３に示すように、反転機構３０５として二重反転シャフト３０１，３０６からなる二重反転機構を用いている。なお、本実施形態では中玉支持軸３０６のみがスクリュー軸３０１と逆回転するようになっている。また、中玉支持軸３０６がスクリュー軸３０１と逆回転可能とするために、中玉支持軸３０６と中玉３０７との連接部分に例えばベアリングからなる絶縁部（図示せず）を設けている。
【００４６】
これによって、押出し生地が円筒状に押し出されてくる押出し成型機の出口側に、上述した実施形態のようなユニバーサルジョイント、減速機構、及び駆動モータを設けなくて済むため、押出し成型機の構造が複雑化しないようにし、押出し成形機自体の小型化を図ることが可能となる。
【００４７】
なお、中玉支持軸３０６と中玉３０７との間に絶縁部を設けずに、この両者が一体になってスクリュー軸３０１の回転方向と逆方向に回転するようにしても良い。
【００４８】
なお、この第３の実施形態においては、二重反転シャフト３０５をなすスクリュー軸３０１と中玉支持軸と３０６は互いに同一の駆動モータ３１６を備えて例えば遊星歯車３１５を介して互いに逆方向に回転するように同時に減速している。これによって、スクリュー軸や中玉支持軸を駆動する回転駆動源を１つの回転駆動源で兼用できるので、押出し成型機自体の小型化や消費電力の低減を図ることができる。
【００４９】
しかしながら、ここでは図示しないが別々の駆動モータ及び減速機構を介してスクリュー軸と中玉支持軸とが互いに所定の回転数で相対的に逆方向に回転するようにしても良い。
【００５０】
続いて、本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成型機について説明する。なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例、第３の実施形態と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【００５１】
本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成形機３００’においては、中玉支持軸３０６と中玉３０７との間に絶縁部を設けずに、この両者が一体になってスクリュー軸３０１の回転方向と逆方向に回転するようになっている。そして、上述した第３の実施形態において外側の軸体をなすスクリュー軸３０１を中玉３０７の近傍まで延在させることで、中玉支持軸３０６の周囲をスクリュー軸３０１で覆い、中玉３０７のみをスクリュー軸３０１に対して逆回転させるようになっている。このような構成を有する押出し成形機３００’を用いても、上述した第１及び第２の実施形態に比べて、押出し成形機の出口側の構造を複雑化せずに済み、押出し成形機自体の小型化を図ることができる。
【００５２】
続いて、本発明の第４の実施形態に係る押出し成型機について説明する。なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例、第３の実施形態及びその変形例と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
本発明の第４の実施形態に係る押出し成型機は、本発明において開示する各実施形態のうち押出し成型機自体の構造の小型化及び簡略化を図る上で最も優れた形態である。
【００５４】
図５は、本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。この第４の実施形態に係る押出し成型機４００は、反転機構４０４が絶縁部４０５ａに設けられたことを特徴とする。すなわち、この第４の実施形態に係る押出し成型機４００は、図５に示すように、押出し成形機の外胴４０３の中心部に、スクリュー４０２の軸体をなすスクリュー軸４０１が配設されている。
【００５５】
スクリュー軸４０１の一端は反転機構４０４の一端側に設けられたスラストベアリング４０５に支持されている。また、反転機構４０４の他端側に設けられたスラストベアリング４０５には、中玉支持軸４０６の一端が支持されている。このように、反転機構４０４は、スクリュー軸４０１と中玉支持軸４０６との連接部に設けられ、スラストベアリング４０５を備えてなる絶縁部４０５ａと一体的に構成されている。
【００５６】
一方、中玉支持軸４０６の他端側にはスラストベアリング４０５を介して中玉４０７が中玉支持軸４０６とは絶縁した状態で支持されている。そして、中玉４０７は中玉支持軸側が小径で、外胴４０３の口金４０８に対向する側に向かって大径となる円錐形をなし、その大径部と口金４０８との間には坏土を押し出すための隙間Ｇが形成されている。
【００５７】
スラストベアリング４０５は上述した絶縁部４０５ａとは異なる絶縁部４０５ｂとして構成され、この絶縁部４０５ｂを備えることで、前段の中玉支持軸４０６の回転を中玉４０７に伝達しないようにして、中玉４０７が坏土の流動抵抗に応じて自由に回転可能に、または変位可能となるようにしている。
【００５８】
反転機構４０４としては、従来から周知の遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機、波動歯車装置（（ハーモニックドライブ（登録商標））、平行軸歯車減速機、ヘリカル減速機、ウォーム減速機、ハイポイド減速機、ローラ減速機のうちの何れかを用いることができる。
【００５９】
特に本発明の第４の実施形態に係る反転機構４０４としては、中玉支持軸４０６の回転軸芯がスクリュー軸４０１の回転軸芯の延長線上となる波動歯車装置、遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機が適している。なお、本実施形態では波動歯車装置を適用した場合について説明する。
【００６０】
図６は、反転機構４０４としての波動歯車装置の分解斜面図である。また、図７は、図６とは見る方向を水平方向に反転させた状態の波動歯車装置の分解斜面図である。また、図８は、波動歯車装置の組み立て状態をその軸線方向から示す端面図である。
【００６１】
図６乃至図８において、反転機構４０４としての波動歯車装置は、スクリュー軸４０１に取付けられたウエーブ・ジェネレータ４０９と、中玉支持軸４０６の一端にウエーブ・ジェネレータ４０９に対向して設けられたフレックススプライン４１０と、このフレックススプライン４１０の外周面に形成されたギア４１０ａと噛合うギア４１１ａを内周面に形成したサーキュラ・スプライン４１１とで構成されている。
【００６２】
この波動歯車装置は、楕円と真円の差動を利用した減速機で、フレックススプライン４１０はウエーブ・ジェネレータ４０９により楕円に撓められ、フレックススプライン４１０のギア４１０ａが長軸の部分でサーキュラ・スプライン４１１のギア４１１ａと噛合い、短軸の部分ではギア４１０ａとギア４１１ａとが完全に離れた状態になる。従って、サーキュラ・スプライン４１１を固定し、ウエーブ・ジェネレータ４０９を矢印ａの反時計方向に回すと、フレックススプライン４１０は弾性変形し、ギア４１０ａとギア４１１ａの噛合い位置が順次移動し、ウエーブ・ジェネレータ４０９が１回転すると、歯数差分だけフレックススプライン４１０は矢印ａ’の時計方向に移動する。
【００６３】
そこで、スクリュー軸４０１にウエーブ・ジェネレータ４０９を取付け、中玉支持軸４０６にフレックススプライン４１０を取付け、サーキュラ・スプライン４１１を支持部材（図示を省略）を介して外胴４０３の内面に固定すれば、スクリュー軸４０１の回転を減速しかつ回転方向を反転させて中玉支持軸４０６に伝達することができる。
【００６４】
以下、本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機の作用及びこれを用いた陶板の製造方法について説明する。スクリュー軸４０１の回転により、スクリュー４０２によって押出された可塑性の坏土は押出し成形機の外胴４０３内を旋回しながら送られる。スクリュー軸４０１と連結された中玉支持軸４０６は、反転機構４０４としての波動歯車装置を介して、スクリュー軸４０１よりは減速されるとともに回転方向が反転される。
【００６５】
この構成により、スクリュー軸４０１とは反対方向に中玉支持軸４０６をゆっくり回転させ、捩れ方向と反対の応力を坏土に与えることにより、捩れ癖を解消する。そして、捩れ癖を解消された坏土は、中玉支持軸４０６の回転と絶縁された中玉４０７の円錐形斜面に沿って口金４０８に向かって移動し、この中玉４０７と口金４０８との間の隙間Ｇから円筒状に押し出される（坏土を円筒状に成形する工程）。この円筒状に押出された坏土を切り開き（坏土を切り開く工程）、切り開いた坏土を圧延ローラで所定の寸法に圧延して（圧延する工程）、変形（反り）を大幅に抑制した状態で乾燥した後焼成し、陶板を製造する。
【００６６】
本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機４００によると、スクリュー軸と中玉支持軸とが絶縁された従来技術とは異なり、中玉支持軸が常に回転しているので、スラストベアリングのベアリング球も回転しており、ベアリング球は均一な状態で磨耗してスラストベアリングの回転を維持する。従ってスラストベアリングの耐久性が向上すると考えられる。
【実施例】
【００６７】
次に本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機を用いた実施例と、特許文献１に開示された押出し成形機を用いた比較例を対比して説明する。なお、両者を対比するにあたっての諸条件は全く同一とした。この諸条件は、具体的には以下の通りとした。
【００６８】
坏土：珪灰石５０％、粘土４０％、滑石１０％の乾燥粉末を、それぞれ所定量配合、混合した後、水を添加して可塑性の坏土を調製した。
【００６９】
圧延：円筒状に生地を切り開き、ローラで圧延して、幅６００ｍｍ長さ９００ｍｍ厚さ４ｍｍの生地平板を作成した。
【００７０】
焼成：生地平板は、乾燥後、最高１１５０℃でローラーハースキルンにて焼成し、陶板を得た。
【００７１】
評価：焼成前の乾燥平板及び焼成体の陶板について、端部の反りあがりの高さ（反り量）を測定した。この測定結果を表１に示した。
【００７２】
【表１】
表１における平均は、乾燥平板と焼成体の観測数（サンプル数）各１６枚に関する実施例と比較例の端部の反り上がりの高さ（ｍｍ）であり、この評価結果から実施例の方が比較例よりも端部の反り量が少ないことが分かった。また、分散は、上記実施例と比較例のそれぞれの反り量のばらつきを示す統計値であり、この値が小さいほど測定値のばらつきが小さいとされる。この分散の結果から明らかなように、乾燥平板と焼成体のそれぞれについて実施例の方が比較例よりも反り量のばらつきがかなり小さいことが分かった。
【００７３】
即ち、この表から明らかなように、試作品の乾燥時・焼成時の両状態共に、実施例（本発明の押出し成形機）を用いて成形した陶板は、特許文献１に開示された押出し成形機を用いて成形した陶板よりも反り量及びそのばらつきが少ないことが分かった。この結果からして、本発明の押出し成形機を用いる優位性が立証できた。
【００７４】
以上説明したように、本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機は、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部に、スクリューの回転を反転する反転機構を有し、中玉支持軸が前記スクリュー軸とは逆方向に回転するようになっている。このような構成を有することで、坏土の押出し時にその捩れ癖を相殺することができ、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００７５】
なお、本発明の作用を発揮する上で、反転機構としては上述したように従来から周知の遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機、波動歯車装置（（ハーモニックドライブ（登録商標））、平行軸歯車減速機、ヘリカル減速機、ウォーム減速機、ハイポイド減速機、ローラ減速機のうちの何れかを用いることができる。
【００７６】
一方、本発明の反転機構としては、中玉支持軸の回転軸芯がスクリュー軸の回転軸芯の延長線上となる遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機、波動歯車装置を使用することが好ましい。
【００７７】
これは、これらの構成要素を用いることで、中玉支持軸の回転軸芯がスクリュー軸の回転軸芯の延長線上にあるようにできるので、坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができるからである。
【００７８】
しかしながら、最も好ましい反転機構としては、波動歯車装置（（ハーモニックドライブ（登録商標））を用いるのが良い。これによって、スクリュー軸と中玉支持軸の軸線同士のぶれを最小限にできると共に、この反転機構の部分を軽量かつコンパクトに構成でき、ひいては押出し成型機自体の小型化を達成できるからである。
【００７９】
なお、中玉支持軸の回転はスクリュー軸の回転よりも減速されているので、坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００８０】
また、中玉は中玉支持軸の回転と絶縁されているので、坏土が中玉を通過する過程では該坏土の流れに従うため、坏土の捩れ癖が効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００８１】
また、押出し成形機を用いて坏土を円筒状に成形する工程、坏土を切り開く工程、切り開いた坏土を圧延する工程を含んでいる本発明に係る陶板の製造方法は、上述した本発明の押出し成形機を用いることにより、坏土は螺旋状の配向を抑制して円筒状に押出され、乾燥、焼成後における潜在歪の復元がし難くなる。この結果、変形（反り）を大幅に抑制して陶板を製造することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１００ 押出し成型機
１０１ スクリュー軸
１０２ スクリュー
１０３ 外胴
１０５ 絶縁部
１０６ 中玉支持軸
１０７ 中玉
１１０ 反転機構
１１１ ユニバーサルジョイント
１１１ａ 一端
１１１ｂ 他端
１１５ 減速機構
１１６ 駆動モータ
１２０ 中玉から延出する回転軸
２００ 押出し成型機
２０１ スクリュー軸
２０５ 絶縁部
２０６ 中玉支持軸
２０７ 中玉
２１０ 反転機構
３００，３００’ 押出し成形機
３０１，３０６ 二重反転シャフト
３０１ スクリュー軸
３０５ 反転機構
３０５ 二重反転シャフト
３０６ 中玉支持軸
３０７ 中玉
３１５ 遊星歯車
３１６ 駆動モータ
４００ 押出し成型機
４０１ スクリュー軸
４０２ スクリュー
４０３ 外胴
４０４ 反転機構
４０５ スラストベアリング
４０５ａ，４０５ｂ 絶縁部
４０６ 中玉支持軸
４０７ 中玉
４０８ 口金
４０９ ウエーブ・ジェネレータ
４１０ フレックススプライン
４１０ａ ギア
４１１ サーキュラ・スプライン
４１１ａ ギア
Ｇ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は針状結晶鉱物が添加された坏土を成形後、焼成して大型の陶板（セラミック板）を製造する押出し成形機及びこれを用いた陶板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型陶板を製造するにあたって、一般に針状鉱物を配合した坏土を湿式成形により円筒状に押し出し、押出し方向に沿って生地を切り開き、圧延して素地を形成するようになっている。これを実現するに際して、押し出し成型時のスクリュー回転に起因する坏土のよじれ（らせん状の配向）に起因して、焼成体の反りが発生することが従来から知られていた。そして、このような焼成体の反りを招く坏土のよじれを解消するために種々の改良がなされているが、どれも反りの解消は十分ではなかった。
【０００３】
より具体的には、押出し成形機を用いて大型の陶板を作成する際、一般的に針状結晶鉱物である珪灰石（ウォラストナイト）、粘土、滑石の乾燥粉末を、それぞれ所定量配合、混合した後、水を添加して可塑性の坏土を調製し、この坏土を押出し成形機によって円筒状に押出した後、平板状に広げ、圧延ローラによって例えば厚さ４ｍｍ、長さ１８００ｍｍ、幅９００ｍｍの寸法の陶板に仕上げている。
【０００４】
この場合、押出し成形機は、坏土を圧送するスクリューと、スクリューの軸体をなすスクリュー軸と、スクリュー軸に連接された中玉支持軸と、中玉支持軸に連接された中玉とで構成されており、坏土はスクリュー軸の回転の影響で捩れた状態で押出される。
【０００５】
そこで、この捩れ癖を解消するために中玉軸受ケースが提案されている。この中玉軸受ケースはスラストベアリングを内蔵した構造であるため、スクリュー軸と中玉支持軸は回転力伝達の点で絶縁状態を保ったまま連結されている。これによって、スクリュー軸の回転力はベアリングの作用により中玉支持軸に伝えられず、捩れ応力は低減される。しかしながら、旋回スクリューの回転によって生じた螺旋状の配向が潜在歪となって、乾燥、焼成後、復元する傾向があった。
【０００６】
このような、旋回スクリューの回転によって生じた螺旋状の配向を解消するために、特許文献１乃至３に記載の押出し成形機が知られている。特許文献１に記載された押出し成形機は、針状結晶鉱物が同一方向に配向整列された組織を有する大型平板状焼結体を製造するようになっている。より具体的には、この押出し成形機は、坏土を押出し成形機によって円筒状に押出した後にこれを平板状に広げて圧延ローラによってローラ圧延する際、螺旋状の配向を捻り戻すような溝を圧延ローラの表面に設けている。
【０００７】
また、特許文献２に記載の押出し成形機は、中玉を中玉軸の回転から絶縁すると共に外胴に固定し、かつ複数の矯正板を設け、坏土のよじれを矯正するようになっている。より具体的には、この押出し成形機は、中玉の後端に設けられた矯正部材が、軸心に対して放射状に設けられた複数枚の矯正板と、これら矯正板の後端が固着された筒体とを有している。そして、矯正部材を中玉の後端に装着した際に、軸心に対して矯正板が中玉の後部の表面に放射状に備えられた状態となる。
【０００８】
これによって、坏土が複数枚の矯正板間を強制的に通過する際に、スクリューの回転運動によって生じる坏土組織の螺旋状の配向がほぼ真っ直ぐな配向へと矯正されながら、押出口に向かって中玉の表面上を流れていく。
【０００９】
また、特許文献３に記載の押出し成形機は、外胴をスクリューに対し逆回転させると共に回転により坏土を流動させるフィンであって、旋回流動手段と補助流動手段との役目を兼ねるフィンを設けている。より具体的には、この押出し成形機は、坏土を押出方向から見て波形をなすように押し出すようになっている。そして、この押出し成形機は、回転体がその軸線に沿って一定の間隔を空けて配置される複数の旋回流動体を内周面に備える円筒状の部材からなり、両端部が軸受及びオイルシールを介してそれぞれ押出室及びノズルに外嵌されることにより、回転自在に支持されている。また、旋回流動体は、回転体の軸線周りに放射状に配置された複数の旋回羽根を備えている。旋回羽根は、薄板状の部材であり、法線方向が回転体の軸線方向に対して所定の角度傾斜した配置となるように回転体の内周面に固定されている。そして、このような構成を有することで、吐出口から押し出される粘土成形体の回転癖を解消するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２９９８０７２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１４５２９０号公報
【特許文献３】特開２００６−５１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の押出し成形機は、坏土押出し後の歪低減が不十分な点を解決するために上述したように坏土のよじれをねじり戻すような溝を圧延ローラに設けている。しかしながら、坏土は塑性が高いため、このような溝を設けることによってせん断歪がかえって残り易くなる。即ち、上述した特許文献１に開示された構成では、坏土に残存した潜在歪を十分に低減させることができず、製品の反り量を低減させる点では限界があり、製品を製造するにあたって適切なものとは言えなかった。
【００１２】
また、特許文献２に記載の押し出し成型機は、坏土のよじれ低減を図る点では有効である。しかしながら、坏土が複数の矯正板に接触する際の抵抗により、矯正板近傍の坏土に密度差が生じることが考えられる。そのため、この坏土の密度差が原因となり、坏土が均一な組織とならず、焼成体の表面に凹凸面が形成される恐れがある。場合によっては、陶板の焼成時に焼成体自体に変形をもたらす恐れがある。
【００１３】
また、特許文献３に記載の押出し成形機は、外胴をスクリュー軸とを逆方向に回転させるような構成であるため、素地の押出し方向とは垂直の方向に大きなせん断力を与えることになり、これが坏土の潜在歪を助長する方向に作用し、潜在歪が焼成体の変形をもたらすことが考えれる。そのため、特許文献１と同様に、坏土に残存した潜在歪を十分に低減させることができず、製品の反り量を低減させる点では限界があり、製品を製造するにあたってやはり適切なものとは言えない。
【００１４】
本発明の目的は、坏土の螺旋状の配向を抑制し、潜在歪を低減させた状態で坏土を押出す押出し成形機及びこの押出し成形機を用いた陶板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、本発明に係る押出し成形機は、
坏土を圧送するスクリューと、該スクリューの軸に連接された中玉支持軸と、該中玉支持軸に連接された中玉とを有する押出し成形機であって、
前記中玉支持軸と前記中玉の少なくとも何れか一方が、前記坏土押出しに際して前記スクリューとは逆方向に回転することを特徴としている。
【００１６】
スクリューの後段に設けられた中玉支持軸と中玉の少なくとも何れか一方がスクリューに対して逆回転することで、坏土の捩れ癖を解消し、坏土内のせん断歪を相殺するので、陶板の変形（反り）を大幅に抑制できる。
【００１７】
また、本実施形態に係る押出し成形機を用いることによって、運搬時や施工時に割れ難く、施工後にも長期に亘って使用できる陶板を製造可能とする。
【００１８】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部、中玉支持軸と中玉との連接部の少なくとも何れかに、回転を絶縁する絶縁部を設けているのが良い。回転を絶縁するとは、前段の（絶縁部に伝達される）方向性をもった回転を、該方向性を保持したまま後段に伝達させないことを言い、より具体的には、スクリュー軸の回転を遮断して、後段の中玉支持軸または中玉を坏土の流動抵抗に応じて自由に回転可能に、または変位可能にすること、あるいは、後述する反転機構を用いて、後段の中玉支持軸または中玉の回転方向を変えることを意味する。
【００１９】
例えば、ベアリングなどの絶縁部によりスクリュー軸と中玉支持軸間の回転を絶縁できるため、中玉支持軸、中玉の少なくとも何れかをスクリューの回転に対して逆回転させ、他方を坏土の流れに任せて自由に回転させることも可能となり、押出し成型機の設計の自由度を高めることができる。
【００２０】
また、スクリュー軸と中玉支持軸の双方を強度上必要最小限の太さに抑えることができる。
【００２１】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、絶縁部に反転機構を設けているのが良い。
【００２２】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部に反転機構を設け、中玉支持軸がスクリュー軸と逆回転するのが良い。
【００２３】
このように、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部において、スクリューの回転を反転する反転機構を有することで、中玉支持軸がスクリューとは逆方向に回転するようになるので、坏土の捩れ癖が相殺され、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。また、圧延ローラの表面に特別な溝加工を施す必要がなく、汎用の圧延ローラを用いることができる。
【００２４】
また、スクリュー軸や中玉支持軸を駆動する回転駆動源を１つの回転駆動源で兼用できるので、押出し成型機自体の小型化や消費電力の低減を図ることができる。
【００２５】
また、スクリュー軸と中玉支持軸の軸線上に反転機構を設けることで、針状鉱物の配向を乱すことなく歪を低減できる。また、排出口側から逆回転の駆動部を接続する実施態様や二重反転シャフト等、他の複雑な実施態様をとる必要がなくなり、押出し成形機自体を小型化することができる。
【００２６】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、中玉が中玉支持軸の回転と絶縁されているのが良い。これによって坏土が中玉を通過する過程ではこの坏土の流れに従うため、坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００２７】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、中玉支持軸の回転軸芯がスクリュー軸の回転軸芯の延長線上にあるのが良い。これによって坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、スクリューの旋回を介して生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００２８】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機は、中玉支持軸の回転はスクリュー軸の回転よりも減速されているのが良い。これによって坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００２９】
好ましくは、本発明に係る押出し成形機において、反転機構として波動歯車装置を用いるのが良い。反転機構として波動歯車装置を用いることで、この反転機構の部分をかなりコンパクトにでき、ひいては押出し成型機自体の更なる小型化を達成できる。
【００３０】
また、本発明に係る押出し成形機を用いた陶板の製造方法は、押出し成形機を用いて坏土を円筒状に成形する工程、坏土を切り開く工程、切り開いた坏土を圧延する工程を有している。係る陶板を製造するにあたって本発明の押出し成形機を用いることにより、坏土は螺旋状の配向を抑制して円筒状に押出され、乾燥、焼成後、潜在歪の復元しない変形（反り）を大幅に抑制した陶板を製造することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の押出し成形機によると、坏土の螺旋状の配向を抑制し、潜在歪を低減させた状態で坏土を押出す押出し成形機及びこの押出し成形機を用いた陶板の製造方法を提供することができる。
【００３２】
特に、坏土押出しに際して、中玉支持軸、中玉の何れか一方か双方をスクリューの回転に対して逆方向に回転させることで、スクリューとは逆方向のせん断力を坏土の所望の領域に生じさせて坏土内の歪を相殺させる。その結果、坏土の捩れ癖を相殺することが可能となり、表面に特別な溝加工を施した圧延ローラを用いることなく、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００３３】
また、本発明の押出し成形機を用いることにより、坏土は、螺旋状の配向を大幅に抑制されたままの状態で円筒状に押出され、乾燥、焼成後、潜在歪の復元しない陶板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機の一部を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機の構成要素をなす反転機構を示す分解斜面図である。
【図７】図６とは見る方向を水平方向に反転させた状態の反転機構を示す分解斜面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機に備わる反転機構の組み立て状態をその軸線方向から示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の各実施形態に係る押出し成形機及びこれを用いた陶板の製造方法について図面に基づいて説明する。最初に本発明の第１の実施形態に係る押出し成形機について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係る押出し成型機１００は、外胴１０３と、外胴内に配置されたスクリュー軸１０１と、スクリュー軸１０１の長手方向に関して坏土の押出し方向上流側の一部の周囲に設けられたスクリュー１０２と、スクリュー軸１０１に連接された中玉支持軸１０６と、中玉支持軸１０６に連接された中玉１０７と、中玉支持軸１０６を駆動する反転機構１１０とを有している。中玉支持軸１０６と中玉１０７との連接部にはこの両者の回転を絶縁する絶縁部１０５が備わると共に、反転機構１１０を介して中玉１０７がスクリュー１０２とは逆方向に回転するようになっている。そして、押出し成形機１００は、スクリュー１０２を介して坏土を中玉１０７に向かって圧送すると共に、坏土を、外胴１０３と中玉１０７との間の隙間を介して押出し成型機１００の出口側から外部に円筒状をなした状態で押し出すようになっている。
【００３７】
なお、絶縁部１０５は、中玉内に設けられたベアリングからなり、反転機構１１０は、一端１１１ａが中玉から延出する回転軸１２０に接続されたユニバーサルジョイント１１１と、ユニバーサルジョイント１１１の他端１１１ｂが接続された減速機構１１５と、減速機構１１５に接続された駆動モータ１１６とを有している。減速機構１１５は、例えば複数の歯車を互いに噛合させた状態で収容したギヤボックス等からなり、駆動モータ１１６は、例えばサーボモータ等の十分な回転トルクを発生し得る駆動源からなる。
【００３８】
そして、駆動モータ１１６の回転が減速機構１１５を介して減速されると共に、十分な回転トルクを発生するようにし、この回転トルクがユニバーサルジョイント１１１を介して中玉から延出する回転軸１２０に伝達され、中玉１０７が中玉から延出する回転軸１２０と一体になって回転するようになっている。なお、駆動モータ１１６の回転方向は、上述したように中玉１０７がスクリュー１０２とは逆方向に回転する方向に対応している。また、図１に示すように、減速機構１１５及び駆動モータ１１６は、ユニバーサルジョイント１１１を介して中玉から延出する回転軸１２０の軸芯から所定量だけ（図１では上方に）偏倚して配置され、これら減速機構１１５及び駆動モータ１１６が押出し成型機１００から押し出される坏土と干渉しないようになっている。
【００３９】
本実施形態の構成によると、中玉１０７の中玉支持軸１０６との連接部にベアリングからなる絶縁部１０５を設けているので、坏土は外胴内でスクリュー１０２から圧送されて外胴１０３と中玉１０７の間から押出される過程において中玉１０７のみがスクリュー軸１０１の回転方向に対して逆回転する。この過程において中玉１０７のみがスクリュー軸１０１に対して逆方向に回転することで、坏土に対して逆方向のせん断力を作用させて坏土のよじれ解消と歪低減を実現することができる。
【００４０】
また、スクリュー軸１０１と中玉支持軸１０６の双方を強度上必要最小限の太さに抑えることができる。
【００４１】
続いて、本発明の第２の実施形態に係る押出し成形機について説明する。なお、上述した第１の実施形態と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【００４２】
第２の実施形態に係る押出し成形機は、基本的に第１の実施形態と同様の構成を有するが、第１の実施形態と異なる点として、スクリュー軸２０１と中玉支持軸２０６との連接部にこの両者の回転を絶縁する絶縁部２０５を設け、中玉支持軸２０６及び中玉２０７がスクリュー軸２０１と逆回転するようになっている。このような構成の押出し成型機２００を用いることで、押出された坏土を展開して焼成する際に焼成体の変形を少なくすることができる。
【００４３】
なお、この第２の実施形態に係る押出し成型機の変形例として、ここでは図示しないが、中玉２０７と中玉支持軸２０６との連接部分にもベアリング等からなる絶縁部を設けることにより、反転機構２１０を介して中玉支持軸２０６のみがスクリュー軸２０１と逆回転するようにしても良い。この場合、逆方向のせん断力は、第２の実施形態よりも小さくなるが、焼成後の坏土の変形を抑制することが期待できる。
【００４４】
続いて、本発明の第３の実施形態に係る押出し成型機について説明する。なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４５】
本発明の第３の実施形態に係る押出し成型機３００は、図３に示すように、反転機構３０５として二重反転シャフト３０１，３０６からなる二重反転機構を用いている。なお、本実施形態では中玉支持軸３０６のみがスクリュー軸３０１と逆回転するようになっている。また、中玉支持軸３０６がスクリュー軸３０１と逆回転可能とするために、中玉支持軸３０６と中玉３０７との連接部分に例えばベアリングからなる絶縁部（図示せず）を設けている。
【００４６】
これによって、押出し生地が円筒状に押し出されてくる押出し成型機の出口側に、上述した実施形態のようなユニバーサルジョイント、減速機構、及び駆動モータを設けなくて済むため、押出し成型機の構造が複雑化しないようにし、押出し成形機自体の小型化を図ることが可能となる。
【００４７】
なお、中玉支持軸３０６と中玉３０７との間に絶縁部を設けずに、この両者が一体になってスクリュー軸３０１の回転方向と逆方向に回転するようにしても良い。
【００４８】
なお、この第３の実施形態においては、二重反転シャフト３０５をなすスクリュー軸３０１と中玉支持軸と３０６は互いに同一の駆動モータ３１６を備えて例えば遊星歯車３１５を介して互いに逆方向に回転するように同時に減速している。これによって、スクリュー軸や中玉支持軸を駆動する回転駆動源を１つの回転駆動源で兼用できるので、押出し成型機自体の小型化や消費電力の低減を図ることができる。
【００４９】
しかしながら、ここでは図示しないが別々の駆動モータ及び減速機構を介してスクリュー軸と中玉支持軸とが互いに所定の回転数で相対的に逆方向に回転するようにしても良い。
【００５０】
続いて、本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成型機について説明する。なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例、第３の実施形態と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。
【００５１】
本発明の第３の実施形態の変形例に係る押出し成形機３００’においては、中玉支持軸３０６と中玉３０７との間に絶縁部を設けずに、この両者が一体になってスクリュー軸３０１の回転方向と逆方向に回転するようになっている。そして、上述した第３の実施形態において外側の軸体をなすスクリュー軸３０１を中玉３０７の近傍まで延在させることで、中玉支持軸３０６の周囲をスクリュー軸３０１で覆い、中玉３０７のみをスクリュー軸３０１に対して逆回転させるようになっている。このような構成を有する押出し成形機３００’を用いても、上述した第１及び第２の実施形態に比べて、押出し成形機の出口側の構造を複雑化せずに済み、押出し成形機自体の小型化を図ることができる。
【００５２】
続いて、本発明の第４の実施形態に係る押出し成型機について説明する。なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例、第３の実施形態及びその変形例と同等の構成については、図面に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
本発明の第４の実施形態に係る押出し成型機は、本発明において開示する各実施形態のうち押出し成型機自体の構造の小型化及び簡略化を図る上で最も優れた形態である。
【００５４】
図５は、本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機を、そのスクリュー軸や中玉支持軸の軸線に沿って切断して示す縦断面図である。この第４の実施形態に係る押出し成型機４００は、反転機構４０４が絶縁部４０５ａに設けられたことを特徴とする。すなわち、この第４の実施形態に係る押出し成型機４００は、図５に示すように、押出し成形機の外胴４０３の中心部に、スクリュー４０２の軸体をなすスクリュー軸４０１が配設されている。
【００５５】
スクリュー軸４０１の一端は反転機構４０４の一端側に設けられたスラストベアリング４０５に支持されている。また、反転機構４０４の他端側に設けられたスラストベアリング４０５には、中玉支持軸４０６の一端が支持されている。このように、反転機構４０４は、スクリュー軸４０１と中玉支持軸４０６との連接部に設けられ、スラストベアリング４０５を備えてなる絶縁部４０５ａと一体的に構成されている。
【００５６】
一方、中玉支持軸４０６の他端側にはスラストベアリング４０５を介して中玉４０７が中玉支持軸４０６とは絶縁した状態で支持されている。そして、中玉４０７は中玉支持軸側が小径で、外胴４０３の口金４０８に対向する側に向かって大径となる円錐形をなし、その大径部と口金４０８との間には坏土を押し出すための隙間Ｇが形成されている。
【００５７】
スラストベアリング４０５は上述した絶縁部４０５ａとは異なる絶縁部４０５ｂとして構成され、この絶縁部４０５ｂを備えることで、前段の中玉支持軸４０６の回転を中玉４０７に伝達しないようにして、中玉４０７が坏土の流動抵抗に応じて自由に回転可能に、または変位可能となるようにしている。
【００５８】
反転機構４０４としては、従来から周知の遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機、波動歯車装置（（ハーモニックドライブ（登録商標））、平行軸歯車減速機、ヘリカル減速機、ウォーム減速機、ハイポイド減速機、ローラ減速機のうちの何れかを用いることができる。
【００５９】
特に本発明の第４の実施形態に係る反転機構４０４としては、中玉支持軸４０６の回転軸芯がスクリュー軸４０１の回転軸芯の延長線上となる波動歯車装置、遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機が適している。なお、本実施形態では波動歯車装置を適用した場合について説明する。
【００６０】
図６は、反転機構４０４としての波動歯車装置の分解斜面図である。また、図７は、図６とは見る方向を水平方向に反転させた状態の波動歯車装置の分解斜面図である。また、図８は、波動歯車装置の組み立て状態をその軸線方向から示す端面図である。
【００６１】
図６乃至図８において、反転機構４０４としての波動歯車装置は、スクリュー軸４０１に取付けられたウエーブ・ジェネレータ４０９と、中玉支持軸４０６の一端にウエーブ・ジェネレータ４０９に対向して設けられたフレックススプライン４１０と、このフレックススプライン４１０の外周面に形成されたギア４１０ａと噛合うギア４１１ａを内周面に形成したサーキュラ・スプライン４１１とで構成されている。
【００６２】
この波動歯車装置は、楕円と真円の差動を利用した減速機で、フレックススプライン４１０はウエーブ・ジェネレータ４０９により楕円に撓められ、フレックススプライン４１０のギア４１０ａが長軸の部分でサーキュラ・スプライン４１１のギア４１１ａと噛合い、短軸の部分ではギア４１０ａとギア４１１ａとが完全に離れた状態になる。従って、サーキュラ・スプライン４１１を固定し、ウエーブ・ジェネレータ４０９を矢印ａの反時計方向に回すと、フレックススプライン４１０は弾性変形し、ギア４１０ａとギア４１１ａの噛合い位置が順次移動し、ウエーブ・ジェネレータ４０９が１回転すると、歯数差分だけフレックススプライン４１０は矢印ａ’の時計方向に移動する。
【００６３】
そこで、スクリュー軸４０１にウエーブ・ジェネレータ４０９を取付け、中玉支持軸４０６にフレックススプライン４１０を取付け、サーキュラ・スプライン４１１を支持部材（図示を省略）を介して外胴４０３の内面に固定すれば、スクリュー軸４０１の回転を減速しかつ回転方向を反転させて中玉支持軸４０６に伝達することができる。
【００６４】
以下、本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機の作用及びこれを用いた陶板の製造方法について説明する。スクリュー軸４０１の回転により、スクリュー４０２によって押出された可塑性の坏土は押出し成形機の外胴４０３内を旋回しながら送られる。スクリュー軸４０１と連結された中玉支持軸４０６は、反転機構４０４としての波動歯車装置を介して、スクリュー軸４０１よりは減速されるとともに回転方向が反転される。
【００６５】
この構成により、スクリュー軸４０１とは反対方向に中玉支持軸４０６をゆっくり回転させ、捩れ方向と反対の応力を坏土に与えることにより、捩れ癖を解消する。そして、捩れ癖を解消された坏土は、中玉支持軸４０６の回転と絶縁された中玉４０７の円錐形斜面に沿って口金４０８に向かって移動し、この中玉４０７と口金４０８との間の隙間Ｇから円筒状に押し出される（坏土を円筒状に成形する工程）。この円筒状に押出された坏土を切り開き（坏土を切り開く工程）、切り開いた坏土を圧延ローラで所定の寸法に圧延して（圧延する工程）、変形（反り）を大幅に抑制した状態で乾燥した後焼成し、陶板を製造する。
【００６６】
本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機４００によると、スクリュー軸と中玉支持軸とが絶縁された従来技術とは異なり、中玉支持軸が常に回転しているので、スラストベアリングのベアリング球も回転しており、ベアリング球は均一な状態で磨耗してスラストベアリングの回転を維持する。従ってスラストベアリングの耐久性が向上すると考えられる。
【実施例】
【００６７】
次に本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機を用いた実施例と、特許文献１に開示された押出し成形機を用いた比較例を対比して説明する。なお、両者を対比するにあたっての諸条件は全く同一とした。この諸条件は、具体的には以下の通りとした。
【００６８】
坏土：珪灰石５０％、粘土４０％、滑石１０％の乾燥粉末を、それぞれ所定量配合、混合した後、水を添加して可塑性の坏土を調製した。
【００６９】
圧延：円筒状に生地を切り開き、ローラで圧延して、幅６００ｍｍ長さ９００ｍｍ厚さ４ｍｍの生地平板を作成した。
【００７０】
焼成：生地平板は、乾燥後、最高１１５０℃でローラーハースキルンにて焼成し、陶板を得た。
【００７１】
評価：焼成前の乾燥平板及び焼成体の陶板について、端部の反りあがりの高さ（反り量）を測定した。この測定結果を表１に示した。
【００７２】
【表１】
表１における平均は、乾燥平板と焼成体の観測数（サンプル数）各１６枚に関する実施例と比較例の端部の反り上がりの高さ（ｍｍ）であり、この評価結果から実施例の方が比較例よりも端部の反り量が少ないことが分かった。また、分散は、上記実施例と比較例のそれぞれの反り量のばらつきを示す統計値であり、この値が小さいほど測定値のばらつきが小さいとされる。この分散の結果から明らかなように、乾燥平板と焼成体のそれぞれについて実施例の方が比較例よりも反り量のばらつきがかなり小さいことが分かった。
【００７３】
即ち、この表から明らかなように、試作品の乾燥時・焼成時の両状態共に、実施例（本発明の押出し成形機）を用いて成形した陶板は、特許文献１に開示された押出し成形機を用いて成形した陶板よりも反り量及びそのばらつきが少ないことが分かった。この結果からして、本発明の押出し成形機を用いる優位性が立証できた。
【００７４】
以上説明したように、本発明の第４の実施形態に係る押出し成形機は、スクリュー軸と中玉支持軸との連接部に、スクリューの回転を反転する反転機構を有し、中玉支持軸が前記スクリュー軸とは逆方向に回転するようになっている。このような構成を有することで、坏土の押出し時にその捩れ癖を相殺することができ、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００７５】
なお、本発明の作用を発揮する上で、反転機構としては上述したように従来から周知の遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機、波動歯車装置（（ハーモニックドライブ（登録商標））、平行軸歯車減速機、ヘリカル減速機、ウォーム減速機、ハイポイド減速機、ローラ減速機のうちの何れかを用いることができる。
【００７６】
一方、本発明の反転機構としては、中玉支持軸の回転軸芯がスクリュー軸の回転軸芯の延長線上となる遊星歯車減速機、ボール減速機、遊星ローラ減速機、波動歯車装置を使用することが好ましい。
【００７７】
これは、これらの構成要素を用いることで、中玉支持軸の回転軸芯がスクリュー軸の回転軸芯の延長線上にあるようにできるので、坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができるからである。
【００７８】
しかしながら、最も好ましい反転機構としては、波動歯車装置（（ハーモニックドライブ（登録商標））を用いるのが良い。これによって、スクリュー軸と中玉支持軸の軸線同士のぶれを最小限にできると共に、この反転機構の部分を軽量かつコンパクトに構成でき、ひいては押出し成型機自体の小型化を達成できるからである。
【００７９】
なお、中玉支持軸の回転はスクリュー軸の回転よりも減速されているので、坏土の捩れ癖を効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００８０】
また、中玉は中玉支持軸の回転と絶縁されているので、坏土が中玉を通過する過程では該坏土の流れに従うため、坏土の捩れ癖が効率良く相殺することができ、旋回スクリューでよって生じた螺旋状の配向による潜在歪を低減して、陶板の変形（反り）を大幅に抑制することができる。
【００８１】
また、押出し成形機を用いて坏土を円筒状に成形する工程、坏土を切り開く工程、切り開いた坏土を圧延する工程を含んでいる本発明に係る陶板の製造方法は、上述した本発明の押出し成形機を用いることにより、坏土は螺旋状の配向を抑制して円筒状に押出され、乾燥、焼成後における潜在歪の復元がし難くなる。この結果、変形（反り）を大幅に抑制して陶板を製造することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１００ 押出し成型機
１０１ スクリュー軸
１０２ スクリュー
１０３ 外胴
１０５ 絶縁部
１０６ 中玉支持軸
１０７ 中玉
１１０ 反転機構
１１１ ユニバーサルジョイント
１１１ａ 一端
１１１ｂ 他端
１１５ 減速機構
１１６ 駆動モータ
１２０ 中玉から延出する回転軸
２００ 押出し成型機
２０１ スクリュー軸
２０５ 絶縁部
２０６ 中玉支持軸
２０７ 中玉
２１０ 反転機構
３００，３００’ 押出し成形機
３０１，３０６ 二重反転シャフト
３０１ スクリュー軸
３０５ 反転機構
３０５ 二重反転シャフト
３０６ 中玉支持軸
３０７ 中玉
３１５ 遊星歯車
３１６ 駆動モータ
４００ 押出し成型機
４０１ スクリュー軸
４０２ スクリュー
４０３ 外胴
４０４ 反転機構
４０５ スラストベアリング
４０５ａ，４０５ｂ 絶縁部
４０６ 中玉支持軸
４０７ 中玉
４０８ 口金
４０９ ウエーブ・ジェネレータ
４１０ フレックススプライン
４１０ａ ギア
４１１ サーキュラ・スプライン
４１１ａ ギア
Ｇ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坏土を圧送するスクリューと、該スクリューの軸に連接された中玉支持軸と、該中玉支持軸に連接された中玉とを有する押出し成形機であって、
前記中玉支持軸と前記中玉の少なくとも何れか一方が、前記坏土押出しに際して前記スクリューとは逆方向に回転することを特徴とする押出し成形機。
【請求項２】
前記スクリュー軸と中玉支持軸との連接部、中玉支持軸と中玉との連接部の少なくとも何れかに、回転を絶縁する絶縁部を設けることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項３】
前記絶縁部に反転機構を設けることを特徴とする、請求項２に記載の押出し成型機。
【請求項４】
前記スクリュー軸と中玉支持軸との連接部に反転機構を設け、中玉支持軸がスクリュー軸と逆回転することを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項５】
前記中玉は前記中玉支持軸の回転と絶縁されていることを特徴とする、請求項４に記載の押出し成型機。
【請求項６】
前記中玉支持軸の回転軸芯が前記スクリュー軸の回転軸芯の延長上にあることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項７】
前記中玉支持軸又は中玉の回転は、前記スクリュー軸の回転よりも減速されることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項８】
前記反転機構として波動歯車装置を用いることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項９】
押出し成形機を用いて坏土を円筒状に成形する工程、坏土を切り開く工程、切り開いた坏土を圧延する工程を有する陶板の製造方法であって、請求項１乃至請求項８に記載の何れかの押出し成型機を用いて前記陶板を製造することを特徴とする陶板の製造方法
【請求項１】
坏土を圧送するスクリューと、該スクリューの軸に連接された中玉支持軸と、該中玉支持軸に連接された中玉とを有する押出し成形機であって、
前記中玉支持軸と前記中玉の少なくとも何れか一方が、前記坏土押出しに際して前記スクリューとは逆方向に回転することを特徴とする押出し成形機。
【請求項２】
前記スクリュー軸と中玉支持軸との連接部、中玉支持軸と中玉との連接部の少なくとも何れかに、回転を絶縁する絶縁部を設けることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項３】
前記絶縁部に反転機構を設けることを特徴とする、請求項２に記載の押出し成型機。
【請求項４】
前記スクリュー軸と中玉支持軸との連接部に反転機構を設け、中玉支持軸がスクリュー軸と逆回転することを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項５】
前記中玉は前記中玉支持軸の回転と絶縁されていることを特徴とする、請求項４に記載の押出し成型機。
【請求項６】
前記中玉支持軸の回転軸芯が前記スクリュー軸の回転軸芯の延長上にあることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項７】
前記中玉支持軸又は中玉の回転は、前記スクリュー軸の回転よりも減速されることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項８】
前記反転機構として波動歯車装置を用いることを特徴とする、請求項１に記載の押出し成型機。
【請求項９】
押出し成形機を用いて坏土を円筒状に成形する工程、坏土を切り開く工程、切り開いた坏土を圧延する工程を有する陶板の製造方法であって、請求項１乃至請求項８に記載の何れかの押出し成型機を用いて前記陶板を製造することを特徴とする陶板の製造方法
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３４８０２（Ｐ２０１０−２３４８０２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９５８８（Ｐ２０１０−２９５８８）
【出願日】平成２２年２月１３日（２０１０．２．１３）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１３日（２０１０．２．１３）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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