Filière de moulage pour structure alvéolaire
La présente invention est relative à une filière de moulage utilisée pour extruder une structure alvéolaire à fines parois. Une structure alvéolaire céramique, par exemple une structure dont les composants principaux sont la cordiérite, est fabriquée par extrusion de matières en utilisant une filière de moulage.
La structure alvéolaire comprend un grand nombre de cellules formées par des parois de séparation constituées à la manière d'une grille, et la forme de la cellule peut être, par exemple, quadrangulaire ou hexagonale.
Comme filière de moulage pour structure alvéolaire susmentionnée, on utilise une filière qui comprend des orifices d'amenée par lesquels les matières sont amenées et des rainures en forme de fente qui sont en communication avec les orifices d'amenée et qui moulent les matières à la forme alvéolaire susmentionnée.
Récemment, la paroi de séparation de la structure alvéolaire a dû être amincie, par exemple à pas plus de 150 [mu]m ou 100 [mu]m. Conformément à cette demande, la largeur de rainure des rainures en forme de fente de la filière de moulage pour structure alvéolaire doit naturellement également être rendue plus étroite.
Si, toutefois, la largeur de rainure des rainures en forme de fente de la filière de moulage pour structure alvéolaire est rétrécie, l'écoulement des matières, qui sont amenées par les orifices d'amenée, est obstrué lors du passage par les rainures en forme de fente. Par conséquent, la pression de moulage au cours du moulage augmente et la moulabilité peut être dégradée.
La présente invention a été développée compte tenu de ces problèmes usuels, et le but est de prévoir une filière de moulage pour structure alvéolaire qui puisse mouler une structure alvéolaire à fines parois sans dégrader la moulabilité.
Suivant un premier aspect de la présente invention, on prévoit une filière de moulage pour structure alvéolaire,
qui comprend au moins des orifices d'amenée pour amener des matières et des rainures en forme de fente qui sont en communication avec les orifices d'amenée et moulent les matières sous une forme alvéolaire, dans laquelle la largeur de rainure des rainures en forme de fente n'est pas supérieure à 100 [mu]m, et en même temps, une paire de surfaces latérales opposées des rainures en forme de fente comportent respectivement des évidements et des saillies s'étendant dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées.
La filière de moulage pour structure alvéolaire de la présente invention comporte, comme décrit ci-dessus, des rainures en forme de fente très étroites, dont la largeur de rainure n'est pas supérieure à 100 [mu]m.
Par conséquent, lorsque l'on utilise la filière de moulage pour structure alvéolaire pour une extrusion, la coulabilité des matières est dégradée et de là il peut en résulter une élévation de la pression d'extrusion.
Suivant la présente invention, les évidements et saillies sont prévus sur la surface latérale des rainures en forme de fente, comme décrit ci-dessus. Ils s'étendent dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées au cours de l'extrusion. Par conséquent, lorsque les matières s'écoulent, les évidements et saillies jouent un rôle de guidage des matières de manière à ce qu'elles s'écoulent dans une direction désirée.
De cette manière, la coulabilité des matières au cours de l'extrusion peut être améliorée, la fluidité des matières peut être maintenue élevée et l'élévation de la pression de moulage peut être supprimée même lorsque la largeur de rainure des rainures en forme de fente n'atteint que 100 [mu]m ou moins.
Par conséquent, avec la filière de moulage pour structure alvéolaire de la présente invention, une structure alvéolaire à fines parois peut être moulée sans dégrader la moulabilité.
Suivant un second aspect de la présente invention, on prévoit une filière de moulage pour structure alvéolaire, qui comprend au moins des orifices d'amenée pour amener des matières et des rainures en forme de fente qui sont en communication avec les orifices d'amenée et moulent les matières sous une forme alvéolaire,
dans laquelle la largeur de rainure des rainures en forme de fente n'est pas supérieure à 100 [mu]m et, simultanément, l'écartement P1 des saillies, qui est obtenu en mesurant la rugosité de surface dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées, et l'écartement P2 des saillies, qui est obtenu en mesurant la rugosité de surface dans la direction perpendiculaire à celle dans laquelle les matières sont extrudées, répondent à la relation P1/P2 > 1 ,5, sur une paire de surfaces latérales opposées des rainures en forme de fente.
Suivant la présente invention, la rugosité de surface de la surface latérale des rainures en forme de fente dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées diffère de celle dans la direction perpendiculaire, comme décrit ci-dessus.
De plus, l'écartement P1 des saillies dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées et l'écartement P2 des saillies dans la direction perpendiculaire satisfont à la relation P1/P2 > 1 ,5, c'est-à-dire que l'écartement P2 est plus long que l'écartement P1 , comme décrit ci-dessus. Avec une telle rugosité de surface, les surfaces latérales des rainures en forme de fente maintiennent un état permettant la formation d'évidements et de saillies appropriés dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées.
Par conséquent, la rugosité de surface des surfaces latérales joue un rôle de guidage de l'écoulement des matières lorsque les matières de moulage sont extrudées.
De cette manière, la coulabilité des matières en cours d'extrusion peut être améliorée; par conséquent, la fluidité des matières peut être maintenue élevée et toute élévation de la pression de moulage peut être supprimée même lorsque la largeur de rainure des rainures en forme de fente n'atteint que 100 [mu]m ou moins.
De cette manière, avec la filière de moulage pour structure alvéolaire de la présente invention, on peut également mouler une structure alvéolaire à fines parois sans dégrader la moulabilité. II est avantageux, suivant la présente invention, que l'écartement des évidements soit de 180 [mu]m à 200 [mu]m.
Si l'écartement des évidements (écartement des saillies) est inférieur à 100 [mu]m ou si l'écartement des évidements excède 220 [mu]m, dans chaque cas le problème est que l'effet de guidage des matières pour qu'elles s'écoulent dans une direction désirée est atténué.
Il est également avantageux que la profondeur des évidements ou la hauteur des saillies soit de 6 [mu]m à 12 [mu]m. Si la profondeur des évidements ou la hauteur des saillies est inférieure à 4 [mu]m, l'effet de guidage des matières qui passent par les orifices en forme de fente pour s'écouler dans une direction désirée est fortement affaibli. D'autre part, si elles excèdent 14 [mu]m, l'effet de guidage des matières pour qu'elles s'écoulent dans une direction désirée est fortement accru et apparaît la possibilité que la majeure partie des matières ne traversent qu'une zone limitée.
D'autre part, il est avantageux que pas moins de 50% des saillies sur une face des surfaces latérales opposées ne s'opposent aux saillies sur l'autre face de celles-ci. C'est ainsi que l'effet de guidage des matières pour qu'elles s'écoulent dans une direction désirée peut être totalement atteint. Avec moins de 50%, l'effet dû à l'agencement suivant lequel les saillies sur une surface latérale s'opposent à celles sur l'autre surface latérale ne peut pas être atteint de façon adéquate.
Il est également avantageux que les évidements et les saillies soient formés d'évidements unitaires et de saillies unitaires agencés de façon désordonnée, dont les dimensions sont plus courtes que la profondeur de rainure des rainures en forme de fente.
Dans ce cas, les matières peuvent se déplacer aisément transversalement de l'évidement unitaire ou de la saillie unitaire vers l'évidement unitaire suivant ou la saillie unitaire suivante lorsque les matières sont amenées dans la direction d'extrusion, et l'élévation de pression dans la direction transversale par l'obstruction de l'écoulement peut être aisément évitée. II est avantageux ici que la longueur de l'évidement unitaire et de la saillie unitaire soit de 13 [mu]m à 18 [mu]m. Si la longueur se situe dans cette plage, il est possible de les façonner par l'utilisation d'une méthode d'usinage au laser, qui sera décrite ci-après, et par un ajustement de la durée d'impulsion du faisceau laser. De plus, il est possible de fixer la profondeur de rainure des rainures en forme de fente à pas moins de dix fois la largeur de rainure.
Dans ce cas, la pente de la partie angulaire se révèle efficace pour empêcher une obstruction de l'écoulement des matières de moulage.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1A est une vue en plan d'une forme de réalisation de filière de moulage pour structure alvéolaire.
La Fig. 1 B est une vue agrandie des éléments principaux de la filière de moulage pour structure alvéolaire.
La Fig. 2A est une vue en coupe, prise suivant les lignes A-A de la Fig. 1 , de la forme de réalisation de filière de moulage pour structure alvéolaire.
La Fig. 2B est une vue exemplative agrandie de la partie H de la filière de moulage pour structure alvéolaire.
La Fig. 3 est une illustration qui montre la structure d'une forme de réalisation de dispositif d'usinage à laser.
La Fig. 4 est une illustration qui montre une forme de réalisation de procédé de façonnage de rainures en forme de fente.
La Fig. 5 est une illustration qui montre une forme de réalisation de procédé de façonnage de rainures en forme de fente.
La Fig. 6 est une illustration d'une forme de réalisation qui donne les résultats de mesure de la rugosité de surface, mesurés dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées de la surface latérale des rainures en forme de fente.
La Fig. 7 est une illustration d'une forme de réalisation qui donne les résultats de mesure de la rugosité de surface, mesurés dans la direction perpendiculaire à celle dans laquelle les matières sont extrudées, de la surface latérale des rainures en forme de fente.
La Fig. 8A est une vue en plan qui montre un autre exemple de forme de filière de moulage pour structure alvéolaire.
La Fig. 8B est une vue agrandie des éléments principaux de la filière de moulage pour structure alvéolaire.
Les formes de réalisation de la présente invention sont décrites en se référant aux Fig. 1 à 8.
Une filière de moulage pour structure alvéolaire 8 suivant la présente forme de réalisation comprend au moins des orifices d'amenée
81 pour amener des matières et des rainures en forme de fente 82 qui sont en communication avec les orifices d'amenée 81 et qui moulent les matières sous une forme alvéolaire, comme montré aux Fig. 1 et 2.
Dans la filière de moulage pour structure alvéolaire 8 de la présente forme de réalisation, la largeur de rainure des rainures en forme de fente 82 n'est pas supérieure à 100 [mu]m et, simultanément, des évidements 41 et des saillies 42 qui s'étendent dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées sont prévus, respectivement, sur une paire de surfaces latérales opposées 820 des rainures en forme de fente 82.
Diverses configurations sont possibles pour les évidements 41 et les saillies 42, et l'une d'entre elles est montrée à titre d'exemple à la Fig.
2B.
La filière de moulage pour structure alvéolaire 8 suivant la présente forme de réalisation peut être utilisée lors de l'extrusion d'une structure alvéolaire en utilisant des matières céramiques obtenues par un malaxage d'une série de poudres et liants, qui sont les matières premières de la cordiérite. A ce moment, on peut utiliser des poudres de matière première, dont le diamètre de grain n'est pas supérieur à 60 [mu]m.
Pour fabriquer la filière de moulage pour structure alvéolaire 8, on utilise un dispositif d'usinage à laser 3 représenté à la
Fig. 3.
Le dispositif d'usinage à laser 3 comprend une section génératrice de lumière laser 31 pour générer un faisceau laser, une tête de laser 32 pour rétrécir le diamètre du faisceau laser généré à un diamètre désiré, une section de fibre optique 33 qui fait office de connexion et guide le faisceau laser, une section d'alimentation en eau à haute pression 35 qui amène l'eau à haute pression à utiliser pour former une colonne d'eau 18, qui est injectée autour d'un faisceau laser 1 , vers la tête de laser 32, et un ajutage 36 qui injecte l'eau à haute pression sous la forme de la colonne d'eau 18.
Le dispositif d'usinage à laser 3 comprend également un lit 38 qui non seulement contient une matière formant filière 7 mais qui peut également déplacer celle-ci horizontalement dans un plan.
Une section de commande de lit agencée dans le lit 38, la section d'alimentation en eau à haute pression 35 et la section de génération de laser 31 sont connectées à un panneau opérationnel 39 pour commander ces sections.
La matière formant filière 7 est une plaque métallique rectangulaire, ayant une épaisseur de 15 mm, une largeur de 200 mm et une longueur de 200 mm et la matière est en acier (JIS SKD61 ). Il va sans dire qu'une matière formant filière différente de celle-ci en matière de taille et de structure peut également être utilisée.
Suivant la présente forme de réalisation, des rainures en forme de fente, qui ont une largeur de 0,1 mm et une profondeur de 2,0 mm, sont formées dans la matière formant filière 7.
De plus, dans la présente forme de réalisation, les orifices d'amenée 81 ont été formés préalablement par forage avant l'usinage des rainures en forme de fente 82. Ensuite, la matière formant filière 7 est maintenue de façon mobile dans un plan par un dispositif de maintien, qui n'est pas représenté. Pendant que la matière formant filière 7 est déplacée dans la direction de la flèche A représentée à la Fig. 3, de l'eau est injectée du dispositif d'usinage à laser 3 vers un site de formation de rainure dans le plan de formation de rainure de la matière formant filière 7 pour former la colonne d'eau 18 et, simultanément, le faisceau laser 1 est dirigé à travers la colonne d'eau 18.
De plus, on effectue un balayage de l'irradiation en déplaçant le point d'irradiation du faisceau laser 1 le long du site de formation de rainure et en faisant passer plusieurs fois le faisceau 1 par le même site de formation de rainure.
La vitesse de déplacement de la matière formant filière 7 est fixée à une valeur de 150 mm/min à 240 mm/min.
De plus, l'irradiation du faisceau laser 1 est réalisée au moyen d'impulsions fixes, c'est-à-dire qu'elle est réalisée de façon intermittente.
De cette manière, en combinant le balayage de l'irradiation et l'irradiation par impulsions du faisceau laser, il se forme une rainure qui a été façonnée par la présence de petits orifices amenés à se déplacer successivement petit à petit.
En termes concrets, il se forme une rainure qui est constituée d'un agencement d'orifices circulaires 40 amenés à se superposer en une rangée, comme montré par le dessin à la Fig. 4.
Par conséquent, les intersections des périphéries extérieures des orifices circulaires 40 forment des saillies 42 sur la paroi latérale et les évidements 41 apparaissent entre les saillies 42.
Lorsque le balayage par irradiation est à nouveau répété, les orifices circulaires se superposent l'un l'autre d'une manière plus dense, comme montré à la Fig.
5, et au fur et à mesure que le nombre de saillies 42 et d'évidements 41 augmente, la hauteur de la saillie par rapport à l'évidement diminue de façon appropriée.
Puisque chaque orifice circulaire 40 n'est pas en fait nécessairement un cercle complet, les positions dans lesquelles les évidements et les saillies sont formés ne sont pas régulières et leurs tailles varient, c'est-à-dire qu'elles sont distribuées au hasard dans une certaine mesure.
D'autre part, la profondeur des rainures en forme de fente 82 est progressivement élevée d'une valeur correspondant à la profondeur de l'orifice circulaire 40 du fait de la répétition du balayage de l'irradiation.
Par conséquent, les évidements 41 et les saillies 42 sont formés de telle sorte que l'évidement (évidement unitaire) 41 et la saillie (saillie unitaire) 42 ayant une longueur unitaire égale à la longueur de l'orifice circulaire 40 soient amenés à se succéder plusieurs fois qui correspondent aux périodes de balayage de l'irradiation, et il s'établit un état dans lequel les évidements 41 et les saillies 42 sont chacun agencés au hasard, s'étendant dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées.
Lorsqu'il est observé que les évidements 41 et les saillies 42 sont chacun dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées, ils apparaissent comme se divisant et se rencontrant plusieurs fois, et forment des méandres comme montré par exemple à la Fig. 2B.
De plus, lorsque l'on a utilisé la méthode de formation de rainures susmentionnée, presque la totalité ou au moins pas moins de 50% des évidements 41 (et des saillies 42), sur une face des surfaces latérales opposées 820, sont formés de manière à s'opposer à ceux de l'autre face.
Suivant la présente forme de réalisation, le balayage de l'irradiation est répété 150 fois de telle sorte que le faisceau laser soit passé par tous les sites de formation de rainure sans préférence.
De cette manière, on obtient des rainures en forme de fente 82 étroites et profondes d'une largeur de 0,1 mm (100 [mu]m) et d'une profondeur de 2,0 mm.
La fonction et les effets de la présente forme de réalisation sont décrits ci-après.
La filière de moulage pour structure alvéolaire 8 de la présente forme de réalisation comporte des rainures en forme de fente très étroites 82, dont la largeur de rainure n'est pas supérieure à 100 [mu]m, comme décrit ci-dessus.
Par conséquent, lorsque l'on utilise la filière de moulage pour structure alvéolaire 8 pour une extrusion, la coulabilité des matières est dégradée et un problème concernant une élévation de la pression d'extrusion peut apparaître.
Toutefois, dans la présente forme de réalisation, les évidements 41 et les saillies 42 sont prévus sur la surface latérale 820 des rainures en forme de fente 82, comme décrit ci-dessus. Ils s'étendent dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées en cours d'extrusion. Par conséquent, lorsque les matières s'écoulent, les évidements 41 et les saillies 42 jouent un rôle de guidage des matières pour qu'elles s'écoulent dans une direction désirée.
De cette manière, la coulabilité des matières au cours de l'extrusion peut être améliorée, la fluidité des matières peut être maintenue élevée et l'élévation de la pression de moulage peut être supprimée même lorsque la largeur de rainure des rainures en forme de fente 82 n'est que de 100 [mu]m ou moins. En particulier dans la présente forme de réalisation, dans l'agencement des évidements 41 et des saillies 42, les évidements unitaires et les saillies unitaires sont agencés de façon désordonnée et ils se divisent et se rencontrent plusieurs fois et forment des méandres, lorsque observés dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées, comme décrit ci-dessus.
Par conséquent, les matières céramiques à extruder sont avancées de façon régulière tout en étant déplacées de façon adéquate dans la direction transversale pour se mélanger l'une à l'autre et sont guidées dans la direction d'extrusion par les évidements 41 et les saillies 42. Par conséquent, la fluidité des matières est améliorée et toute élévation de la pression de moulage peut être supprimée. De plus, dans la présente forme de réalisation, la rugosité de surface des surfaces latérales 820 des rainures en forme de fente 82 de la filière de moulage pour structure alvéolaire 8 a été mesurée et considérée.
La Fig. 6 montre les résultats de la rugosité de surface des surfaces latérales 820 des rainures en forme de fente 82 obtenus en mesurant dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées.
La Fig. 7 montre les résultats de la rugosité de surface des surfaces latérales 820 obtenus en mesurant dans la direction perpendiculaire à celle dans laquelle les matières sont extrudées. Comme on peut le voir sur ces figures, l'écartement P1 des saillies (évidements) lorsque la rugosité de surface a été mesurée dans la direction dans laquelle les matières ont été extrudées, était d'environ 400 [mu]m. D'autre part, l'écartement P2 des saillies (évidements) lorsque la rugosité de surface a été mesurée dans la direction perpendiculaire à celle dans laquelle les matières ont été extrudées, était d'environ 200 [mu]m. C'est ainsi que le rapport de P1 à P2 (P1/P2) était d'environ 2.
De plus, comme montré à la Fig. 7, l'écartement des évidements 41 (saillies 42) était d'environ 200 [mu]m et la profondeur des évidements 41 , c'est-à-dire la hauteur des saillies 42 était d'environ 7 [mu]m. Comme décrit ci-dessus, on notera que les évidements et saillies sont adéquatement formés, dans la direction dans laquelle les matières sont extrudées, sur les surfaces latérales des rainures en forme de fente 82, pour autant que la relation entre P1 et P2 réponde au moins à la condition que P1 soit environ deux fois plus grand que P2 (plus de 1 ,5 fois).
Par conséquent, la rugosité de surface sur les surfaces latérales 820 décrites ci-dessus est jugée efficace lors de l'extrusion des matières de moulage.
Bien que dans les formes de réalisation précédentes, on ait représenté un cas où la grille, qui est formée par les rainures en forme de fente 82 verticales et horizontales, telle que représentée à la Fig. 1B, et qui forme la filière de moulage pour structure alvéolaire 8, soit rectangulaire, la grille formée par les rainures en forme de fente 82 peut être hexagonale telle que représentée à la Fig. 8, et les mêmes effets peuvent être obtenus dans ce cas. II doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.