セラミック製品の切断システムおよび方法

专利摘要:
セラミック形式の棒状材を所望の長さの小片に切断しかつ研磨することが開示されている。長手方向の軸線を有するセラミック形式の棒状材の長手方向に沿った一位置において１枚の刃を用いて上記棒状材に切り込むことによって、この棒状材から１個の小片を横に切断して、この小片上に横断面を形成し、かつこの横断面が上記第１の位置近傍にある間に、上記刃の一側面を用いて上記横断面を研磨することを含む、セラミック製品の製造方法が開示されている。セラミック形式の棒状材の長手方向に沿った一位置において上記棒状材に切り込んで、上記小片上に横断面を形成するための１枚の刃を備えた、長手方向の軸線を有する棒状材から１個の小片を横に切断するための手段と、上記刃の側面を用いて上記横断面を研磨するための手段とを備えた、セラミック製品の製造装置も開示されている。
公开号:JP2011513094A
申请号:JP2010548728
申请日:2009-02-27
公开日:2011-04-28
发明作者:ピー ペサンスキー，ジョージ；エイ ボイコ，ロナルド
申请人:コーニング インコーポレイテッド；
IPC主号:B28D5-02

专利说明:

[0001] 本願は、「セラミック製品の切断システムおよび方法」と題して２００８年２月２９日付けで提出された米国仮特許出願第６１／０６７,６０２号の優先権を主張した出願である。]
技術分野

[0002] 本発明は、セラミック製品の製造に関し、特にほぼ円柱状のセラミック形式のハニカム体から複数の小片を切断することに関するものである。]
背景技術

[0003] 従来は、焼成されたセラミック棒状材が、水で冷された１枚刃の鋸で切断され、次いでこれらの小片は、別の工程において、水で冷された固定式研磨ホイールを通過させることにより、正確な長さに研磨され、次におが屑を洗浄され、次に第４の工程において、ガラス焼きなまし窯形式の乾燥機内で乾かされていた。]
課題を解決するための手段

[0004] 本発明は、セラミック形式の棒状材（ほぼ円柱状のセラミック形成用未焼成体）を切断および研磨して、元の棒状材から、またはより長い小片から、より短い小片へと所望の長さの小片にすることに関するものである。]
[0005] 一つの態様において、本発明はセラミック小片の製造方法に関し、この方法は、長手方向の軸線を有するセラミック形式の棒状材の長手方向に沿った一位置において１枚の刃を用いて前記棒状材に切り込むことによって、この棒状材から１個の小片を切断して、この小片上に横断面を形成し、かつ上記刃の一側面（すなわち横の面）を用いて上記横断面を研磨する各ステップを含む。]
[0006] 別の態様において、本発明はセラミック製品の製造装置に関し、この装置は、長手方向の軸線を有する棒状材から１個の小片を横に切断するための刃を備えた、長手方向の軸線を有する棒状材から１個の小片を横に切断するための手段と、上記刃の側面（すなわち刃の横の部分）を用いて上記横断面を研磨するための手段とを備えている。]
[0007] 本発明の実施の形態は、乾かされた未焼成の棒状材を２枚刃の鋸を用いて複数の小片に切断し、かつこれらを研磨して、焼成に先立って正確な長さにし、かつ好ましくはこれらからおが屑を除去することが、全て一連の動作で行なわれる。]
図面の簡単な説明

[0008] 切断・研磨装置の正面側から見た斜視図である。
図１の装置の背面側から見た斜視図である。] 図１
実施例

[0009] 一つの態様において、本発明はセラミック製品の製造方法に関し、この方法は、長手方向の軸線を有するセラミック形式の棒状材の長手方向に沿った一位置において１枚の刃を用いて前記棒状材に切り込むことによって、この棒状材から１個の小片を切断して、この小片上に横断面を形成し、かつ上記横断面が上記第１の位置近傍にある間に上記刃の一側面を用いて上記横断面を研磨する各ステップを含む。]
[0010] 上記研磨は、上記刃の側面を上記小片の横断面に接触させることをさらに含む。いくつかの実施の形態においては、上記刃が上記小片に向かって長手方向に割出しされる。いくつかの実施の形態においては、上記刃の側面が、研磨用領域と非研磨用領域とを備え、これらの実施の形態の或るものは、研磨用領域と非研磨用領域とが、上記刃の側面上において一つのパターンを形成している。]
[0011] 上記刃は、待機位置から前方位置まで前進せしめられて上記小片を切断し、かつ上記小片の切断後に、上記前方位置から上記待機位置まで後退せしめられ、さらに上記刃が後退せしめられる以前に上記研磨がなされることが好ましい。上記研磨は、上記刃が上記待機位置まで後退せしめられる以前に開始されることが好ましい。いくつかの実施の形態においては、上記刃が上記待機位置と上記前方位置との間で複数の角速度をもって移動する。]
[0012] いくつかの実施の形態においては、上記棒状材の長手方向に沿った複数の位置において、複数の刃が上記棒状材を切断する。例えば、第１および第２の刃が、上記棒状材の長手方向に沿った第１および第２の位置においてそれぞれ上記棒状材を切断し、その場合、上記第１および第２の刃がそれぞれの両側面上に第１および第２の研磨面をそれぞれ備え、かつ上記第１および第２の刃は、互いに相手方に向かって割出しされて、上記第１および第２の研磨面をもって上記小片を研磨する。上記第１および第２の刃は、同時に上記棒状材に切り込むことが好ましい。上記第１および第２の刃は、同時に上記小片を研磨することが好ましい。]
[0013] 上記セラミック形式の棒状材は、未焼成セラミック形式の棒状材（セラミック形成用組成物）とすることができる。好ましい実施の形態においては、この棒状材はハニカム構造体であり、これから切断された小片もハニカム構造体である。]
[0014] 別の態様において、本発明はセラミック製品の製造装置に関し、この装置は、長手方向の軸線を有するセラミック形式の棒状材から１個の小片を横に切断するための刃を備えた、長手方向の軸線を有する棒状材から１個の小片を横に切断するための手段と、上記刃の側面を用いて上記横断面を研磨するための手段とを備えている。この装置は、上記刃を上記小片に向かって長手方向に割出しして、上記刃を上記小片に接触させるための割出し手段をさらに備えていることが好ましい。上記刃の側面は、研磨用領域と非研磨用領域とを備えていることが好ましく、上記研磨用領域と非研磨用領域とが、上記刃の側面上で一つのパターンを形成しているのが好ましい。この装置はさらに、上記刃を待機位置から前進位置まで移動させて上記小片を切断し、かつ上記小片の切断後、上記刃を上記前進位置から上記待機位置まで後退させるための手段を備えていることが好ましい。]
[0015] したがって、いくつかの実施の形態においては、上記切断手段が、個別のスピンドル１１２，１２２（これらは連繋アセンブリ１５０によって連繋されている）上の２枚の鋸刃１１０，１２０を用いて、水平の棒状材から１個の小片を１行程で正しい長さに切断するソー・アセンブリ１００を備えることができる。上記研磨機構によって、表面仕上げの改善が実現可能であるのみでなく、上記「前進位置」にある間に、ロータリー・アクチュエータおよびスライド機構１６０を用いて、上記２枚の刃（それらの両側面には研磨材が被着されている）が互いに相手方に向かって割出しされることによって、長さ寸法のさらなる正確性が達成される。上記刃が「待機位置」まで後退したときには、上記小片が自動的に回収され、垂直方向に向けられ、圧搾空気によるクリーニング・システムを通過せしめられておが屑が除去され、次いでコンベアベルト面またはその他の面上に載置される。]
[0016] 乾かされた未焼成セラミックで形成された棒状材からの未焼成小片の乾式切断は、未焼成小片がキルン台車に載せられて垂直姿勢で焼成されることを可能にし、焼成された小片の形状を改善することが示されている。ここで説明されているこのような２枚刃を用いた乾式の未焼成体研磨システムは、従来方法の４工程を１工程に減らすもので、かつ水を全く使わず、微粒子の濾過システムおよび排水システムを排除する点が好ましい。]
[0017] ２枚の刃を用いた切断は、単一行程において小片の長さを精密に確立することができる。未焼成小片の研磨（グリーン・グラインディング）は、この小片の長さに対し、さらなる正確性を付加し、かつ極めて高品質な切断面を提供する。グリーン・グラインディングは、焼成された小片の研磨よりもより効果的にすることができ、かつグリーン・グラインディングは、直角精度問題、二重平面切断、鋸歯の波打ちおよびエッジの欠けを除去するのに役立つ。]
[0018] 押出し機構による棒状材の精密な割出しは、端部トリミング損失および鋸の引き目損失を低減する。精密な押出し機構を用いた未焼成小片の切断工程は、成形工程とリンクした場合に、押出し成形への即時のフィードバックを可能にして、棒状材の長さに関するリアルタイムの調整を可能にし、端部トリミングおよびスクラップを低減する。この切断工程は完全な自動化が可能である。]
[0019] ソー・アセンブリに対する棒状材の装填は、マニュアル装填でも、ロボット、移動台、またはその他のピック・アンド・プレイス装置を用いた完全な自動装填でもよい。棒状材は、硬化された材料からなるＶ型チャック１７０内に位置決めされ、このチャックは「押出し」中および切断中に棒状材を支持する。]
[0020] 図示された実施の形態を参照すると、個別に動力駆動されるスピンドル１１２，１２２上に取り付けられた２枚の垂直刃１１０，１２０は、枢動ヘッドに取り付けられ、小片の長さを決定する正確な間隔にセットされる。刃間の間隔（例えば、２インチ（５ｃｍ）から２４インチ（６１ｃｍ）まで）は、マニュアルまたは自働調整システムにより、小片の長さに従って変えられる。ソー・アセンブリ１００は、製品情報がソフトウェアを通じてこのソー・アセンブリにダウンロードされたときに、自動的に調整を行なうこともできる。]
[0021] いくつかの実施の形態において、直径を１８インチ〜４８インチ（４６ｃｍ〜１２２ｃｍ）とすることができる鋸刃は、研削用ダイアモンド粗粒を備えた切断用エッジを用いて切断し、かつ刃の両側面上のダイアモンド粗粒を含む塗膜２００を用いて研磨する。切断用エッジに関しては、数種類の異なる構造およびダイアモンド・マトリクスを用いることができる。また刃の側面上の塗膜も、ストライプからスパイラル、ドット等まで、数種類の異なるパターンを用いることができる。]
[0022] 小片の研磨は、２枚の鋸刃を互いに相手方に向かって割出しを行ない、かつ刃の側面上のダイアモンド粗粒を用いて小片の両面を研磨することによって達成される。刃、スピンドル、ヘッドおよびモータからなる一対のアセンブリは、研磨に望まれる正確な距離だけ互いに相手方に向かって内方へ移動させるロータリー・アクチュエータ機構を用いた個別の機械的スライドに取り付けられている。小片から研削される材料の長さは、両アセンブリが割出しされる距離を調節することにより、例えば０インチから１インチ（２．５ｃｍ）以上まで変化し得る。]
[0023] 研磨サイクル中に小片がガタついたり回転したりしないように、小片を所定位置にしっかりと抑え付けるために、抑止機構が用いられるのが好ましい。この抑止機構は、切断が行なわれている間、小片を支持するのにも用いられる。小片に対する接触は、しなやかなパッドまたは空気枕を介して行なわれる。]
[0024] 刃の下方における精密な位置への棒状材の割出しは、コンピュータ、サーボドライブ、またはその他の棒状材を押し出す精密なシステムを備えた自動押出し機構によって達成される。各「押出し」距離は、所望の小片に従ってマニュアルでまたは自動的に設定される。各押出し距離はまた、各小片の前側エッジにおける所望の端部トリミング量を調節するために変えることができる。例えば、（ａ）棒状材の最初の小片は、最も遠い刃を通り越して０〜６インチ（１５．２ｃｍ）移動せしめられて、廃棄処理される端部トリミング部分を切り離すことができ、（ｂ）棒状材を最も遠い刃を通り越して１／４インチ〜１インチ（０．６〜２．５ｃｍ）移動させると、窯に先ず入れて焼成物を設置する台とするための未焼成の板状片（クッキー）を生成させ、（ｃ）棒状材を最も遠い刃を通り越して僅かの距離（＜１／４インチ（０．６ｃｍ））移動させると、廃棄処理される薄切り片を生成させることができ、（ｄ）最も遠い刃の直下に棒状材の前端を移動させると、小片は切断されずに刃の跡のみが除去される結果となり、（ｅ）最も遠い刃には届かないように棒状材を移動させると、１枚の刃により切断される結果となる。]
[0025] 切断された小片は、棒状材押出し装置が、切断された小片を、切断されていない棒状材の前端面を用いて切押したときに刃の下方から取り除かれる。新たに切断される小片は刃を通り越して、ほぼ小片の長さであることが好ましい短いＶ型チャック部分上に押し出される。]
[0026] 端部トリミング部分は第１および第２の方法によって除去される。]
[0027] 第１の方法は、双方の刃間に固定されたＶ型チャック部分を用いる（Ｖ型チャック部分は、小片の長さより僅かに短く、刃が入る隙間がある）。棒状材の前端縁は、第１の刃を所望の距離だけ通り越して押し出され、端部トリミング部分の切断が行なわれる。棒状材は再び刃の下方に押し出され、所望の量の薄切り片または板状片（クッキー）とともに最初の小片を切断する。次の押出しで棒状材が刃の下方に押し出されるときに、棒状材は新たに切断される小片をＶ型チャック上に押し出し、かつ端部トリミング部分を短いＶ型チャックのエッジから押し出し、ここで端部トリミング部分が廃棄物処理用シュートに落ちる。後端縁の端部トリミングも同様に行なわれる。]
[0028] 第２の方法は、刃間において開閉して端部トリミング部分が廃棄シュートに落ちるのを可能にする動力付きスクラップ・ゲートを用いる。棒状材の前端部トリミング部分が刃の下に来たときに、鋸台上の近接スイッチが押出し装置上の金属ブラケットを検出して、スクラップ・ゲートに開くように指令する。切断後、スクラップ・ゲートは閉じ、かつ残りの小片の切断のために閉じたままになる。切断されるべき新しい棒状材があると、切断されたばかりの棒状材の最後の小片は、入ってくる棒状材によって押し出され、再び近接スイッチが押出し装置上の金属ブラケットを検出してスクラップ・ゲートが開き、端部トリミング部分が廃棄シュート内へ落ちる。]
[0029] 小片は、例えば小片を掴む可膨張性空気枕を用いる取出し機構によって切断領域から除去されることができる。取出し機構が短いＶ型チャック部から小片を掴み、この小片を垂直に回転させた後、圧搾空気で作動するおが屑清掃機構（ダスト・クリーナ）を通過させ、かつ静止表面、回転テーブルまた移動するコンベア上に載置する。もし各小片とともに板状片（クッキー）が切断された場合には、取出し機構が小片および板状片（クッキー）をＶ型チャックから除去し、それらを垂直の向きに回転させ、取出しアームを約１インチ（２．５ｃｍ）伸ばすことによって小片と板状片（クッキー）とを分離させ、それらをして上記おが屑清掃機構を通過させ、取出しアームを収縮させ、かつそれらを所望の表面上に載置する。上記取出し機構は、小型のロボット・システムまたは機械的ピック・アンド・プレイス・ユニットとすることができる。]
[0030] 発生するダストを収集するために、鋸、空気枕および／または取出し装置の種々の領域に集塵孔が配置されるのが好ましい。]
[0031] 別の態様において、本発明は、長手方向の軸線を有する棒状材からセラミック物品を製造する方法に関し、この方法は、未焼成棒状材から少なくとも１個の小片を、この棒状材の長さ方向に沿った複数の離れた位置においてこの棒状材を同時に切断することによって、少なくとも１個の小片を横に切断することを含む。]
[0032] この方法は、上記小片を研磨することをさらに含むことが好ましく、その場合、少なくとも１個の小片は未焼成状態にある。上記少なくとも１個の小片は、研磨の間、所定位置に保持されていることが好ましい。]
[0033] いくつかの実施の形態において、最初の小片は、この最初の小片が切断された残りの棒状材によって移動せしめられる。いくつかの実施の形態において、最初の小片は、切断後に別の棒状材によって移動せしめられる。]
[0034] いくつかの実施の形態において、棒状材がほぼ水平状態にある間にこの棒状材から最初の小片が切断される。いくつかの実施の形態において、上記最初の小片は、上記棒状材から切断された後に９０度回転せしめられる。]
[0035] いくつかの実施の形態において、上記離れた複数の位置の一つにおいて上記棒状材から鋸引き跡のみが切除される。]
[0036] いくつかの実施の形態において、上記棒状材の長さ方向に沿って離れた第１および第２の位置において上記棒状材に同時に切り込むことによって、上記棒状材から最初の小片が横に切断され、その場合、この最初の小片は、両側の第１および第２の横断面を有する。いくつかの実施の形態においては、第１位置において、上記最初の小片が第１の刃によって上記棒状材から横に切断され、同時に第２の位置において第２の刃が上記棒状材を切断する。いくつかの実施の形態において、上記第１および第２の刃は、連繋機構によって一体に連繋された第１および第２のスピンドル上に取り付けられており、その場合、上記最初の小片は、上記第１および第２の刃と上記棒状材とを接触させる上記連繋機構の単一行程によって形成される。いくつかの実施の形態において、上記第１および第２の刃はそれぞれ平行な平面内で移動可能である。]
[0037] いくつかの実施の形態において、この方法は、上記第１の横断面が上記第１の位置の近傍にある間に、上記最初の小片の第１の側面を研磨することをさらに含む。いくつかの実施の形態においては、この方法は、上記第２の横断面が上記第２の位置の近傍にある間に、上記最初の小片の第２の側面を研磨することをさらに含む。いくつかの実施の形態においては、この方法は、上記最初の小片の第１および第２の横断面を同時に研磨することをさらに含む。]
[0038] 上記第１および第２の刃の少なくとも一方は、上記第１の小片の横断面に接触し得る研磨用側面を備えていることが好ましい。]
[0039] いくつかの実施の形態において、上記第１および第２の刃は、それぞれ第１および第２の研磨用側面を備え、上記第１および第２の研磨用側面の少なくとも一方は、上記第１の横断面が上記第１の位置の近傍にあり、かつ上記第２の横断面が上記第２の位置の近傍にある間に、上記最初の小片に接触して、上記第１および第２の横断面を研磨する。いくつかの実施の形態において、上記第１および第２の刃は、上記最初の小片を切断している間において第１の間隔を保っており、かつ上記第１および第２の刃は、研磨している間には、第２の間隔を保っており、その場合、上記第１の間隔は上記第２の間隔よりも広い。]
[0040] いくつかの実施の形態において、上記第１および第２の刃は、上記最初の小片が切断された後に、互いに相手方に向かって割出しされて、上記第１および第２の横断面にそれぞれ接触する。]
[0041] 上記最初の小片は、研磨の間に所定位置に保持されていることが好ましい。]
[0042] 上記最初の小片は、この最初の小片がそこから切断された棒状材の残りの部分の前進によって、上記第１および第２の刃の間から移動せしめられることが可能である。いくつかの実施の形態においては、上記最初の小片が第２の未焼成棒状材前進によって、上記第１および第２の刃の間から移動せしめられる。]
[0043] いくつかの実施の形態において、上記棒状材は、セラミック前駆体からなる可塑化された混合物の押出し成形によって、長手方向の軸線を有する細長い押出し成形物に形成され、かつこの棒状材は、細長い押出し成形物から横に切断される。いくつかの実施の、上記棒状材は、そこから最初の小片が切断される以前に乾かされる。いくつかの実施の形態において、上記小片が切断された後に、この最初の小片は、この最初の小片をセラミック物品に変えさせるのに十分な時間と温度で加熱される。]
[0044] ２０棒状材
１００ ソー・アセンブリ
１１０，１２０鋸刃
１１２，１２２スピンドル
１５０ 連繋アセンブリ
１６０スライド機構
１７０Ｖ型チャック]

权利要求:

請求項1
セラミック製品の製造方法であって、長手方向の軸線を有するセラミック形式の棒状材の長手方向に沿った一位置において１枚の刃を用いて前記棒状材に切り込むことによって、該棒状材から１個の小片を切断して、該小片上に横断面を形成し、かつ該横断面が前記第１の位置近傍にある間に、前記刃の一側面を用いて前記横断面を研磨する各ステップを含むことを特徴とする、セラミック製品の製造方法。
請求項2
前記棒状材の長手方向に沿った複数の位置において、複数の刃が前記棒状材に切り込むことを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項3
前記棒状材の長手方向に沿った第１および第２のそれぞれの位置において、第１および第２の刃が前記棒状材に切り込み、その場合に、前記第１および第２の刃は、それぞれの側面上にそれぞれ第１および第２の研磨用面を備え、かつ前記第１および第２の刃は、互いに相手方に向かって割出しされて、前記第１および第２の研磨用面を用いて前記小片を研磨することを特徴とする請求項２記載の方法。
請求項4
前記第１および第２の刃が同時に前記棒状材に切り込むことを特徴とする請求項２記載の方法。
請求項5
前記第１および第２の刃が前記小片を同時に研磨することを特徴とする請求項２記載の方法。