JP2008023978A - 押出成形用口金 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、供給孔から供給された坏土を、成形溝中で停滞しないように移動させることができる押出成形用口金を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の押出成形用口金は、成形溝と成形溝に連通した複数の供給孔を備えた押出成形用口金において、供給孔間をつなぐ成形溝の底面形状は、坏土押出し方向に凸状であることを特徴としている。前記成形溝は、溝の長手方向縦断面図で見た時、底面中央部に頂部を有し、頂部は頂点を有することが好ましく、さらには曲線状であることが望ましい。従って、本発明の押出成形用口金を用いれば、坏土は供給孔から上向きにスムースに広がりながら押出されるとともに、その底流は成形溝底面上を移動し、頂部付近で合流した坏土は下向きの流れを生じることなく上向きに押出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体等を押出成形するための押出成形用口金に関し、排気ガス浄化用の触媒担体あるいはフィルター又は熱交換機等に用いられるセラミックハニカム構造体を製造するのに好適な押出成形用口金に関する。

従来から、ハニカム構造体の押出成形に用いる口金として、坏土が導入される供給孔が一方の面に開口して設けられ、ハニカム構造体の断面形状に対応する成形溝が他方の面に開口して設けられ、供給孔が成形溝の交差する位置に設けられて連通した構造のものが知られている。近年、ハニカム構造体の隔壁は例えば０．１ｍｍ以下というように薄肉化してきており、安定して良好なハニカム構造体を製造することが難しくなってきている。

薄肉のハニカム構造体を成形性を低下させることなく成形するための金型（口金）が、例えば特開２００３−１１１１１号（特許文献１）に提案されている。特許文献１における金型は、図８に示すように、供給孔８１の側面８１０に底部８２０が交わるようにスリット溝（成形溝）８２が形成され、スリット溝の底部８２０と供給孔の側面８１０が交わって形成される角部に傾斜部８５が設けられ、該傾斜部８５においては、スリット溝８２の深さが供給孔８１に近づくにしたがって徐々に深くなっている、という技術的手段を有したものである。これにより、供給孔８１からスリット溝８２に抜ける材料（坏土）が傾斜部８５に沿って徐々に広がるため、材料流れをスムースにすることができ、狭幅のスリット溝８２においても成形圧力の増大等を抑制することができ、優れた成形性を維持することができる、としている。

特開２００３−１１１１１号公報（段落番号０００８）

特許文献１は、供給孔から成形溝に侵入する坏土の流れをスムースにするという点で、優れたハニカム構造体を得るのに効果的な技術である。しかし、成形溝が狭幅になってくると、供給孔から坏土をスムースに成形溝に侵入させるようにしても、成形溝の流路抵抗がわずかでも変わると坏土の流れが変動し、成形性が損なわれてしまう。即ち、成形溝が所定形状に良好に加工されていても、浮遊してきた異物が溝側面に付着して溝幅が狭まったり、さらには溝の一部が詰まったりすると、坏土の流れは妨げられたり分断されたりし、成形された隔壁の一部が狭くなったり欠損が生じたりすることがある。異物は外部から混入したものの他に、坏土自身から生じるものもある。後者の異物は、成形溝中に停滞して固化した坏土が剥離、分散して形成されるため、坏土を停滞させないようにすることが重要であるが、特許文献１にはこの点については何ら言及されていない。

本発明は、供給孔から供給された坏土を、成形溝中で停滞しないように移動させることができる押出成形用口金を提供することを目的としている。

本発明者は、特許文献１の金型や特許文献１で引用されている従来の金型の成形溝底面が、供給孔側面と直交する水平面であることに着目し、供給孔から供給された坏土が成形溝へと広がって押出される際の流れをシミュレーションし、水平な底面上の坏土、特に供給孔間の中央部付近の底面にある坏土は停滞し易いことを確認した。特許文献１の金型は、成形溝の角部については傾斜部が形成されて水平面ではないが、中央部底面は水平面であることには変わりなく、やはりここに坏土は停滞し易い。これは、供給孔から押出される坏土は傾斜部でガイドされてより強く斜め上方に移動するが故に、傾斜の角度が急でかつ中央部の水平面が大きいと、水平面上の坏土には流動力が作用しなくなるからである。

本発明の押出成形用口金は、成形溝と成形溝に連通した複数の供給孔を備えた押出成形用口金において、供給孔間をつなぐ成形溝の底面形状は、坏土押出し方向に凸状であることを特徴としている。前記成形溝は、溝の長手方向縦断面図で見た時、底面中央部に頂部を有し、頂部は頂点を有することが好ましく、さらには曲線状であることが望ましい。従って、本発明の押出成形用口金を用いれば、坏土は供給孔から上向きにスムースに広がりながら押出されるとともに、その底流は成形溝底面上を移動し、頂部付近で合流した坏土は下向きの流れを生じることなく上向きに押出される。また、前記成形溝は底面中央部に頂部を有し、頂部は０．２ｍｍ以下の水平面を有するようにしてもよい。頂部の水平面がこの寸法程度であれば、押出成形のショット数が進むにつれ直線状部が摩耗して頂部は曲線化しつつ頂点が形成されていくし、この間でも坏土が留まることに対して大きな問題にならない。
前記成形溝の頂部は、供給孔の側面先端部と同一かそれよりも先方の位置にあることが好ましい。言い換えれば、頂部高さは、成形溝底面が供給孔側面と交差する位置と供給孔の側面先端部までの距離である成形溝と供給孔の重なり寸法に対し、同一寸法以上であることが好ましい。望ましくは１倍以上２倍以下の寸法とするとよい。
前記本発明の押出し成形用口金は、供給孔が、成形溝の交差箇所に対し１箇所おきの位置に形成されていることが好ましい。このような口金は、同じ直径の供給孔を用いて隔壁ピッチがより微小な稠密なハニカム構造体を得ることができるし、供給孔の加工本数を少なくして口金製造費用を抑制することができる。

本発明によれば、供給孔から押出された坏土が成形溝に広がっていく際に、成形溝の底面上に坏土を停滞させることがなく、停滞した坏土が成形溝から剥離して形成されるような異物の発生を防止することができる。

以下、格子状の角状貫通孔を有するセラミックハニカム構造体を成形するための押出成形用口金を例に説明する。

本発明の第１態様の押出成形用口金１０は、図１〜４に示すように、セラミック坏土が流入する側である口金基体１の一方の面（流入側端面）７に多数の供給孔２が形成され、セラミック坏土が流出する側である他方の面（流出側端面）８に縦横ほぼ同一ピッチで成形溝３が形成され、供給孔２と成形溝３は口金基体１の内部で連通した構造である。供給孔２から導入されたセラミック坏土が連通部４を通って成形溝３に移動し、隣接する供給孔からの坏土が成形溝内で合流することにより、ハニカム構造体が成形される。図１は成形溝３を二つの供給孔２ａ，２ｂ間において溝の長手方向に沿った面で切断した時の縦断面図であり、図２は供給孔２が開口した流入側端面７側の平面図、図３は成形溝３が開口した流出側端面８側の平面図、図４は図３のＸ−Ｘ線に沿った縦断面図で供給孔２と成形溝３の関係を示す図である。本説明における押出成形用口金１０では、供給孔２は成形溝３の交差箇所に対し１箇所おきの位置に千鳥状に形成されている。口金基体１の材料としては、公知の材料、例えば機械構造用鋼、工具鋼などを用いることができる。

成形溝３の底面３ａは坏土押出し方向に凸状である。詳しくは、図１に示すように、左方の供給孔２ａの側面及び右方の供給孔２ｂの側面との交差部３ｃ、３ｄから頂部３ｂに向かって連続的に高くなったほぼ左右対称形であり、頂部３ｂは外側に膨らんだ曲線である。図１の形状は、稜線が三角形状の例であるが、図５に示すような形状とすることもできる。図５（ａ）は正弦波状の例、図５（ｂ）は円弧状で稜線が外側に膨らんだ例、図５（ｃ）さざなみ状で稜線が内側にへこんでいる例であるが、これらを組み合わせた形状としてもよい。いずれの形状であっても、頂部３ｂ、詳しくは頂部先端は、外側に凸状で頂点を有する曲線とすることが望ましい。

成形溝３は、供給孔２と所定寸法ｈ重なるよう所定深さＤに形成される。成形溝３の深さＤは、流出側端面８と交差部３ｃ、３ｄ間の距離であり、交差部３ｃ、３ｄは、図１において供給孔２ａ、２ｂの側面先端部より所定寸法ｈ下方に位置するように形成される。頂部３ｂは左右の供給孔２ａ，２ｂ間のほぼ中央部に形成され、左右の供給孔２ａ，２ｂから供給され成形溝３へと押出された坏土の底流が、成形溝中央部でほぼ合流するまで成形溝３の底面３ａに沿って移動することができるような高さｔとされる。高さｔは大きい方がよく、前記重なり寸法ｈ以上あることが好ましい。前述したように、頂部３ｂは外側に凸状の曲線とするのが望ましいが、成形溝３加工時の加工性や工具等を考慮して、図６（ａ）に示すように左右の供給孔からの稜線が交差したままとしたり、或いは図６（ｂ）に示すように微小な直線状水平面を有するようにしてもよい。この時の水平面は、溝方向長さｓが０．２ｍｍ以下となるようにすることが好ましい。この寸法であれば、坏土はほとんど水平面上には留まらないし、押出成形のショット数が進むにつれ直線状部は摩耗して曲線状になるとともに、頂部が形成されていく。

この押出成形口金１０の製造方法について説明する。
まず、工具鋼を所定寸法に加工して調質した板状の口金基体１を準備し、供給孔２を口金基体１の流入側端面７側から所定深さで縦横方向に所定数加工する。孔加工方法としては、ドリル加工によるもの、電極を用いた放電加工によるものなどを適用することができる。次いで、成形溝３を口金基体１の流出側端面８側から縦横に交差するように加工する。なお、供給孔２は、成形溝３の交差箇所に対し1箇所おきの位置に形成される。溝加工方法は、電極を用いた放電加工で行う。図７に示すように、電極９は細長い板状で、底部９ａには成形溝底面３ａの形状と雌雄関係にある同様な形状が多数形成されており、一度に多数の成形溝３を形成することができる。電極９の位置及び加工時間は、前述したように、成形溝３と供給孔２との重なり寸法がｈとなるように適宜制御される。

以上説明したように、本発明の押出成形用口金１０を用いて押出成形を行うと、坏土は供給孔２から上向きにスムースに広がりながら押出されるとともに、その底流は成形溝底面３ａ上を移動し、頂部３ｂ付近で合流した坏土は下向きの流れを生じることなく上向きに押出される。従って、坏土は成形溝３内で滞留することがなく、固化して異物化するようなことはない。これにより、坏土から形成される異物が、成形溝３の側面に付着して坏土の流れを乱したり、成形溝３の一部を閉塞して坏土の流れを妨げたりすることはないので、押出されたハニカム構造体の隔壁は所定幅に密に形成される。また、この異物が坏土に混入してハニカム構造体に埋め込まれてしまうこともないので、後工程でこの異物が脱落して隔壁に欠損を生じるようなこともない。

以上の説明から分かるように、本発明の押出成形用口金１０は、供給孔２間をつなぐ成形溝３の長さが長い場合より有効となる。この点で、供給孔が成形溝の交差箇所に対し１箇所おきの位置、或いはそれ以上の間隔に形成されるような口金に対して適用すると、極めて有効に作用する。このような口金は、同じ直径の供給孔２を用いて隔壁ピッチがより微小な稠密なハニカム構造体を得ることができるし、供給孔２の加工本数を少なくして口金製造費用を抑制することができるという利点を有している。この点で、以下説明する第２態様の押出成形用口金のように六角形状ハニカム構造体用の口金として適用するとよい。なお、成形溝３の交差箇所の全位置に供給孔２が形成されるような場合に適用してもよいことは言うまでもなく、隔壁ピッチが大きいハニカム構造体の成形用に用いると有効である。

（実施例）
図１に示すような三角形状底面で、下記表１に示すような頂部高さｔが異なる試料を６種類製作して成形性を比較した。いずれの試料も、基体の厚さは２０ｍｍ、成形溝は縦横のピッチが１ｍｍ、幅が０．１ｍｍ、深さＤは３ｍｍとし、供給孔は直径１ｍｍ、深さは１７．５ｍｍとし成形溝の交差箇所に対し１箇所おきの位置に形成した。従って、成形溝と供給孔の重なり寸法ｈはどの試料も０．５ｍｍである。基体としてマルテンサイト系ステンレス合金工具鋼（日立金属製、プラスチック金型用鋼ステンレス系プリハードン鋼、ＨＰＭ３８）を用い、硬度ＨＲＣ３３のプリハードン状態で供給孔を超硬ドリルで、成形溝を放電加工で加工した。頂部高さｔの違う試料は、図７に示す電極で三角形部の寸法が異なるものを用いて製造した。その後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ液に浸漬し、表面に約１０μｍのメッキ膜を被覆した後４００℃で熱処理した。熱処理後のメッキ膜の硬度は、約ＨＶで９５０であった。

上記のようにして製作した頂部高さｔの異なる６種類の試料（試料１〜６）を用い、実際にコージェライト組成の原料を用いて各々ハニカム成形体を押出成形した。なお、原料は通常のものに比べ水分量を調節して粘度を約２倍とし凝集しやすくしたものを用いた。
まず、各々１００個のハニカム成形体を押出成形した。１００個の成形体について両端面の隔壁を目視で観察した。試料１は溝底面が水平面の従来の成形溝に相当するもので、不良品とすべきものは見られなかったが、少しくびれた隔壁が押出し先頭側の端面に形成されたものが３個見受けられ、粒径不揃いと見られるセル交点が２箇所確認された。試料２によるものも不良品とすべきものは見られなかったが、少しくびれた隔壁が押出し先頭側の端面に形成されたものが２個見受けられた。試料３、４によるものは全数良好で合格品であった。試料５によるものも不良品とすべきものは見られなかったが、少しくびれた隔壁が押出し先頭側の端面に形成されたものが１個見受けられた。試料６によるものは隔壁交差部の成形が不良であった。

さらに、各試料は２０時間の連続成形を行った後に、流出側から見た成形溝内の原料を観察し、凝集物の有無をチェックした。この確認は、流出側から強い光を当て拡大鏡で覗き込むことで行った。凝集した異物があれば白色に見える。成形溝内の原料に異物が見られるということは、成形溝内では原料が停滞して異物が発生しているということであるが、成形時に原料に混入して押出されなければ観察できないため、異物が発生していても観察できない場合もある。本実験では、試料２に０．０１ｍｍ以下の異物が確認されたが、他の試料では確認できなかった。

以上の結果を表１にまとめて示す。異物の確認を含めた成形性について、従来の成形溝の底が水平（ｔ＝０）のものと比較し、良好なものを○、特に良好なものを◎、同程度のものを△、悪化したものを×として評価した。

以上より、試料２〜５に示すように、成形体を形成することができる金型で、成形溝底面に頂部が形成された金型は、溝底面が水平な金型に比して成形性が向上することが確認できた。試料３、４に示すように、成形溝底面の頂部高さｔが成形溝と供給孔の重複寸法ｈ以上で２倍以下の範囲にあるもの、すなわち頂部が供給孔の側面先端部に対し、同一位置か重複寸法の２倍程度先行した位置に形成された場合は特に有効であり、原料中の水分量が変動して粘度が大きくなったような時でも、原料は圧縮性の凝集が発生することなく成形溝から押出され、細密なハニカム構造体を押出成形することができることがわかる。

本発明に係る第２態様の押出成形用口金について図９〜図１１を参照し説明する。なお、図９〜１１において、上記第１態様の押出成形用口金と同一構成要素については同一符合を付し、詳細な説明は省略する。また、第２態様の押出成形用口金の全体構造については第１態様の押出成形用口金とほぼ同様であるので、図２〜４を援用し説明する。

図１０に示すように、第２態様の押出成形用口金２０では、流出側端面８の側から見たときの平面視において六角形状の成形溝３２が繰り返し配置している構成とする。このように成形溝３２の形状を六角形状とすることにより、碁盤目状の成形溝３を有する押出成形用口金１０と比べて更に成形性を向上させることができる。碁盤目状の場合は供給穴２一つに付き成形溝３が四方に伸びているのに対し、六角形の場合には供給穴２一つに三方向のみの成形溝３２があるからである。また、成形溝３２を六角形状とすることにより、押出されたハニカム構造体は六角形状の穴が稠密に配置された構成となり、本来のハニカム構造を実現できる。

供給穴２は、六角形状の各成形溝３２の頂点に一つおきに加工されており、流入側端面７の側から見たとき千鳥状に配置されている。

図１０に示すように、成形溝３２の底面３２ａの構成は、第１態様の押出成形用口金１０の成形溝３と同様である。すなわち、成形溝３２の底面３２ａは坏土押出し方向に凸状である。詳しくは、図１０においてＸ−Ｘ矢視図である図９に示すように、左方の供給孔２ａの側面及び右方の供給孔２ｂの側面との交差部３２ｃ、３２ｄから頂部３２ｂに向かって連続的に高くなったほぼ左右対称形であり、頂部３２ｂは外側に膨らんだ曲線である。

上記押出成形用口金２０の製造方法は、押出成形用口金１０の製造方法に対し、成形溝３２を形成するための放電加工用の電極が相異する点を除いて同一である。すなわち、押出成形用口金２０の成形溝３２を加工する電極９２の平面視の形状は、図１１（ｂ）に示すように、六角形状をなす成形溝３２の蛇行状の連なりに対応し形成されている。また、その正面視の形状は、図１１（ａ）に示すように、上記成形溝３２の底部３２ａと電極９２の底面９２ａとが雄雌の関係となるように形成されている。

（実施例）
図９に示すような三角形状底面で、下記表２に示すような頂部高さｔが異なる試料を３種類製作して成形性を比較した。いずれの試料も基体の厚さは２０ｍｍ、成形溝３２は六角形の一辺が１ｍｍ、幅が０．１ｍｍ、深さＤは３ｍｍとし、供給孔は直径１ｍｍ、深さは１７．５ｍｍとし成形溝による六角形の頂点に対し１箇所おきの位置に形成した。従って、成形溝と供給孔の重なり寸法ｈはどの試料も０．５ｍｍである。基体としてマルテンサイト系ステンレス合金工具鋼（日立金属製、プラスチック金型用鋼ステンレス系プリハードン鋼、ＨＰＭ３８）を用い、硬度ＨＲＣ３３のプリハードン状態で供給孔を超硬ドリルで、成形溝を放電加工で加工した。頂部高さｔの違う試料は、図１１に示す電極で三角形部の寸法が異なるものを用いて製造した。その後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ液に浸漬し、表面に約１０μｍのメッキ膜を被覆した後４００℃で熱処理した。熱処理後のメッキ膜の硬度は、約ＨＶで９５０であった。

上記のようにして製作した頂部高さｔの異なる３種類の試料（試料７〜９）を用い、実際にコージェライト組成の原料を用いて各々ハニカム成形体を押出成形した。なお、原料は通常のものに比べ水分量を調節して粘度を約２倍とし凝集しやすくしたものを用いた。

まず、各々１００個のハニカム成形体を押出成形した。１００個の成形体について両端面の隔壁を目視で観察した。試料７は溝底面が水平面の従来の成形溝に相当するもので、不良品とすべきものは見られなかったが、少しくびれた隔壁が押出し先頭側の端面に形成されたものが２個見受けられ、粒径不揃いと見られるセル交点が２箇所確認された。試料８によるものは全数良好で合格品であった。試料９よるものも不良品とすべきものは見られなかったが、少しくびれた隔壁が押出し先頭側の端面に形成されたものが１個見受けられた。

以上の結果を表２にまとめて示す。異物の確認を含めた成形性について、成形溝底面の起伏程度によって比較し、良好なものを○、特に良好なものを◎、悪化したものを×として評価した。

以上より、試料８、９に示すように、第２態様の押出成形用口金２０においても、成形溝の底面に頂部が形成された金型は、溝底面が水平な金型に比して成形性が向上することが確認できた。

本発明に係わる第１態様の押出成形用口金の成形溝の底面形状の例を示す縦断面図である。 図１の押出成形用口金の口金基体の供給孔が開口した流入側端面側の平面図である。 図１の押出成形用口金の口金基体の成形溝が開口した流出側端面側の平面図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図で、供給孔と成形溝の関係を示す図である。 本発明に係わる成形溝の底面形状の他の例を示す縦断面図である。 成形溝底面の頂部の水平面について説明するための縦断面図である。 図１の成形溝加工用の放電加工用電極の例を示す図である。 従来技術としての特許文献１に開示の成形溝の底面形状を示す図である。 本発明に係わる第２態様の押出成形用口金の成形溝の底面形状の例を示す縦断面図である。 図９の押出成形用口金の口金基体の供給孔が開口した流入側端面側の部分拡大平面図である。 図９の成形溝加工用の放電加工用電極の例を示す図である。

符号の説明

１０（２０）：押出成形用口金、 １：口金基材、 ２（８１）：供給孔、 ３（３２，８２）：成形溝、
３ａ（３２ａ）：成形溝底面、 ３ｂ（３２ｂ）：成形溝頂部、 ３ｃ（３２ｃ）、３ｄ（３２ｄ）：交差部、４：連通部、
９（９２）：放電加工用電極、
ｔ：成形溝底面高さ（頂部高さ）、 ｈ：成形溝と供給孔の重複寸法

Claims (5)

1. 成形溝と成形溝に連通した複数の供給孔を備えた押出成形用口金において、供給孔間をつなぐ成形溝の底面形状は、坏土押出し方向に凸状であることを特徴とする押出成形用口金。
2. 前記成形溝は底面中央部に頂部を有し、頂部は頂点を有することを特徴とする請求項１記載の押出成形用口金。
3. 前記成形溝は底面中央部に頂部を有し、頂部は、溝方向長さが０．２ｍｍ以下の水平面を有することを特徴とする請求項１記載の押出成形用口金。
4. 前記成形溝の頂部は、供給孔の側面先端部と同一かそれよりも先方の位置にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の押出成形用口金。
5. 供給孔が、成形溝の交差箇所に対し１箇所おきの位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の押出成形用口金。

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