-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug
zum Extrudieren eines Wabenstrukturkörpers und auf ein
Verfahren zum Herstellen eines Wabenstrukturkörpers unter
Verwendung eines derartigen Formwerkzeugs.
-
Es
wurden Bemühungen unternommen, um einen Wabenstrukturkörper
als einen Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung einer
Brennkraftmaschine einzusetzen. Der Wabenstrukturkörper
hat wabenförmige Zellwände, eine große
Anzahl von Zellen, die von den Zellwänden umgeben sind,
und eine zylindrische Außenumfangsschicht, die eine Außenumfangsseitenwand
bedeckt.
-
Bei
einem üblichen Vorgehen wurde der Wabenstrukturkörper
unter Verwendung eines Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs (nachfolgend
entsprechend nur noch als „ein Formwerkzeug" bezeichnet)
hergestellt, das ein Material extrudiert, welches ein Rohmaterialpulver
enthält, wie z. B. Keramik oder dergleichen.
-
Der
Wabenstrukturkörper wird bei einem Abgasreinigungsfilter
verwendet, wie z. B. einem DPF (Dieselpartikelfilter) zum Reinigen
von Abgasen, die Partikel (partikelartige Materie) enthalten und
von einer Dieselmaschine ausgestoßen werden. In diesem Fall
weist der Wabenstrukturkörper Zellwände auf, die
mit feinen Poren ausgebildet sind, um die Partikel einzufangen.
-
Es
ist ein Verfahren zum Ausbilden der feinen Poren in den Zellwänden
des Wabenstrukturkörpers bekannt, um die Partikel einzufangen.
Bei einem Ausbilden der feinen Poren war beispielsweise ein organisches
Schäummaterial in einem Formmaterial enthalten, wie es
in
JP-2002-219319 offenbart
ist. Darüber hinaus wurden weitere Bemühungen
angestellt, um ein wärmeausdehnbares Schäummaterial zum
Erzeugen von Gaskomponenten während eines Erwärmens
zu Schaumstoff (Ausdehnens) im Hinblick auf ein Ausbilden der feinen
Poren mit hoher Effizienz zu verwenden.
-
Wie
es in 8 gezeigt ist, weist ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 91 einen
Werkzeughauptkörper 92 auf, der Materialzufuhrbohrungen 931,
durch die ein Formmaterial 80 zugeführt wird, und
Schlitzaussparungen 941 zum Quetschen bzw. Pressen des
Formmaterials 80 hat, um einen Wabenstrukturkörpers
auszubilden. Ein Führungsring 95 ist an dem Werkzeughauptkörper
zum Führen des von den Schlitzaussparungen 941 gequetschten
Formmaterials 80 montiert, um ein gewünschtes
Außenprofil zu erhalten. Der Werkzeughauptkörper 92 hat eine
einer Extrusionsrichtung bzw. Pressrichtung des Formmaterials 80 zugewandete
Endfläche, die mit einer Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 940 ausgebildet
ist. Die Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 940 hat
einen axial überlappenden Abschnitt, der dem Führungsring 95 axial
zugewandet ist, und einen nichtüberlappenden Abschnitt,
der in einem nichtüberlappenden Verhältnis mit
dem Führungsring 95 platziert ist. Der überlappende
Abschnitt und der nichtüberlappende Abschnitt der Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 940 haben
eine koplanare Gestalt.
-
Wenn
das Formmaterial 80 unter Verwendung des Formwerkzeugs 91 mit
der in 8 gezeigten, vorhergehend beschriebenen Struktur
extrudiert wird, wird das Formmaterial 80 von den Schlitzaussparungen 941 in
einer Position axial gequetscht, die in einem Bereich platziert
ist, der dem Führungsring 95 axial zugewandt ist,
um in einen Zwischenraum 96 zwischen den Werkzeughauptkörper 92 und
den Führungsring 95 zu strömen. Dann
bewegt sich das Formmaterial 80 radial nach innen durch
den Zwischenraum 96 zu einer Mitte des Werkzeughauptkörpers 92 hin.
Anschließend wird das Formmaterial 80 an einem
radial nach innen gehenden Führungsende 951 des
Führungsrings 95 geführt, um sich in
die Extrusionsrichtung zu wenden, wodurch eine Außenumfangsschicht 83 ausgebildet
wird. Des weiteren bewegt sich das Formmaterial 80, das
von den Schlitzaussparungen 941 axial gequetscht wird,
die in einem anderen, dem Führungsring 95 nicht
zugewandten Bereich platziert sind, in der Extrusionsrichtung zum
Ausbilden von Zellwänden 81. Auf eine derartige
Art und Weise werden die Zellwände 81 und die
Außenumfangsschicht 83 zur selben Zeit einheitlich
bzw. gemeinsam ausgebildet. Nachdem der Wabenstrukturkörper
extrudiert ist, wird der Wabenstrukturkörper getrocknet
und anschließend einem Sinterschritt ausgesetzt, wodurch
ein Wabenstrukturkörper 8 (siehe 5)
erhalten wird. In 8 ist das Formmaterial 80 des
Weiteren nur in einem geformten Material gezeigt.
-
Wenn
jedoch das Formwerkzeug verwendet wird, um das Material zu extrudieren,
das das Schäummaterial enthält, welches die Gaskomponenten
während eines Erwärmens erzeugt, tritt ein Problem
auf, wie es nachfolgend beschrieben ist.
-
Und
zwar, wie es in 8 gezeigt ist, weist die Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 940 des Werkzeughauptkörpers 92 einen
gesamten Bereich auf, der in der koplanaren bzw. der auf der selben Ebene
liegenden Fläche ausgebildet ist. Daher neigt ein Teil
des Formmaterials 80 dann, wenn das Formmaterial 80 durch
das radial einwärts führende Ende 951 des
Führungsrings 95 geführt wird, um sich
in die Extrusionsrichtung zu wenden, dazu, radial nach innen zu
der Mitte des Werkzeughauptkörpers 92 zu strömen.
In diesem Fall hat eine Innenumfangswand 831 der Außenumfangsschicht 33 eine
Gestalt, die mit dem Formmaterial 80 aufgrund dessen freier Strömungsbewegung
ausgebildet wird.
-
Somit
wird es hervorgerufen, dass die Außenumfangsschicht 83 eine
ungleichmäßige Form und Dicke insbesondere an
der Innenumfangswand 831 aufweist, wie es in 9A gezeigt
ist. Dies führt zu dem Ausbilden der Außenumfangsschicht 83 und der
Zellwand 81 mit einem angemessen haftenden Abschnitt und
einem nicht angemessen haftenden Abschnitt, zwischen denen ein Abstand,
d. h. ein leerer Raum 89 ausgebildet ist, wie es in 10A gezeigt ist. Wenn Bemühungen angestellt
werden, um den mit einer derartigen Struktur ausgebildeten Wabenstrukturkörper 8 zu
trocknen, wird eine Schwellung 839 an einer Außenfläche 832 der
Außenumfangsschicht 83 aufgrund einer Wirkung
bzw. einer Einwirkung eines ausgedehnten leeren Raums 94A hervorgerufen,
die durch das Schäummaterial verursacht wird, welches in
dem Formmaterial 80 enthalten ist, wie es in den 10B und 10C gezeigt ist.
-
Ein
Mechanismus des Auftretens der Schwellung in der Außenumfangsschicht
ist nach wie vor unklar, wird aber wie nachfolgend beschrieben angenommen.
-
Und
zwar, wie es in 10A gezeigt ist, erzeugt bei
dem Wabenstrukturkörper 8, der mit dem leeren
Raum 89 zwischen der Außenumfangsschicht 83 und
der Zellwand 81 ausgebildet ist, wie es in 10A gezeigt ist, dann, wenn der Wabenstrukturkörper 8 getrocknet
wird, das in dem Formmaterial 80 enthaltene Schäummaterial 801 Gaskomponenten 802,
wie es in 10B gezeigt ist, die in dem
leeren Raum 89 verweilen. Anschließend, wie es
in 10C gezeigt ist, dehnen sich die Gaskomponenten 802 während
eines Sinterschritts aus, was dazu führt, dass die Außenumfangsschicht 83 und
die Zellwand 81 voneinander getrennt werden, wie es in 10C gezeigt ist. Dies führt zu dem Auftreten
der Schwellung 839 an der Außenfläche 832 der
Außenumfangsschicht 83.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wurde mit Hinblick darauf gemacht, sich der
vorhergehend genannten Probleme anzunehmen, und hat die Aufgabe,
ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug bereitzustellen, das
dazu in der Lage ist, das Auftreten einer Schwellung einer Außenumfangsschicht
während eines Trocknungsschritts auch dann zu unterdrücken, wenn
ein Material geformt wird, das ein Schäummaterial enthält,
und um ein Verfahren zum Herstellen eines Wabenstrukturkörpers
bereitzustellen, das ein derartiges Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug
verwendet.
-
Um
die vorhergehend genannte Aufgabe zu lösen, stellt ein
erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug
zum Formen eines Wabenstrukturkörpers bereit, der wabenförmige
Zellwände, eine große Anzahl von Zellen, die mit
den Zellwänden umgeben sind, und eine zylindrische Außenumfangsschicht
aufweist, die eine Außenumfangsseitenwand bedeckt. Die
Zellwände und die Außenumfangsschicht werden unter
Verwendung eines Formmaterials einheitlich geformt, das wenigstens
ein keramisches Rohmaterialpulver, Wasser, ein Bindemittel und ein
wärmeausdehnbares Schäummaterial enthält,
welches während eines Erwärmungsschritts eine
Gaskomponente abgibt. Das Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug
hat einen Werkzeughauptkörper, der einen Materialzufuhrbohrungsabschnitt
mit Materialzufuhrbohrungen, durch die das Formmaterial zugeführt
wird, und einen Schlitzaussparungsabschnitt aufweist, der gitterartige
Schlitzaussparungen hat, die jeweils in Verbindung mit den Materialzufuhrbohrungen
zum Formen des Formmaterials zu einer Wabengestalt ausgebildet sind,
und einen Führungsring, der einen sich von dem Werkzeughauptkörper
in einer Extrusionsrichtung des Formmaterials erstreckenden aufrechten
Führungsstützbereich, und einen Führungsvorsprungsbereich
aufweist, der von dem aufrechten Führungsstützbereich
mit einem von dem Werkzeughauptkörper beabstandeten Zwischenraum
radial nach innen vorsteht. Der Schlitzaussparungsabschnitt weist
einen gestuften Abschnitt auf, der in einem Bereich ausgebildet
ist, der dem Führungsvorsprungsabschnitt nicht axial zugewandt
ist und in der Extrusionsrichtung vorsteht. Der Schlitzaussparungsabschnitt
und der Führungsvorsprungsabschnitt sind dimensioniert,
um die nachfolgenden Beziehungen zu erfüllen: (c – a)/b > 1 und (a/b) > 1,wobei „a" eine Zwischenstückdicke
zwischen dem Schlitzaussparungsabschnitt und dem Führungsvorsprungsabschnitt
darstellt; „b" einen Abstandszwischenraum zwischen einer
Außenumfangsseitenwand des gestuften Abschnitts und einem
distalen Endabschnitt des Führungsvorsprungsabschnitts darstellt;
und „c" eine Stufenhöhe des gestuften Abschnitts
des Schlitzaussparungsabschnitts darstellt. Die Außenumfangsseitenwand
des gestuften Abschnitts ist von einer außenumfänglichen
Schlitzaussparungsausbildungsfläche des Schlitzaussparungsabschnitts
zu dessen mittlerer Schlitzaussparungsausbildungsfläche
mit einem Stufenwinkel θ abgeschrägt, wobei die
Beziehung erfüllt ist, die durch 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
wird.
-
Das
Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug nimmt die Form einer zum
Ausbilden des Wabenstrukturkörpers gestalteten Struktur
an, die es den Zellwänden und der Außenumfangsschicht
ermöglicht, einheitlich miteinander ausgebildet zu werden. Das
Formwerkzeug besteht aus dem Werkzeughauptkörper und dem
Führungsring. Zudem weist der Werkzeughauptkörper
den gestuften Abschnitt auf, der in einem Bereich ausgebildet ist,
in dem der Schlitzaussparungsabschnitt dem Führungsvorsprungsabschnitt
des Führungsrings nicht axial zugewandt ist, welcher von
dem Schlitzaussparungsabschnitt in der Extrusionsrichtung des Formmaterials axial
vorsteht.
-
Wenn
das Formmaterial unter Verwendung des mit einer vorhergehend genannten
Struktur ausgebildeten Formwerkzeugs extrudiert wird, bildet das Formmaterial,
das dazu veranlasst wird, durch den Zwischenraum zwischen dem Schlitzaussparungsabschnitt
und dem Führungsvorsprungsabschnitt hindurchzutreten, die
Außenumfangsschicht des Wabenstrukturkörpers aus.
Und zwar strömt das Formmaterial, das in der Extrusionsrichtung
aus den Schlitzaussparungen herausgedrückt wird, die in
einem dem Führungsvorsprungsabschnitt zugewandten Bereich
ausgebildet sind, in den Zwischenraum zwischen dem Schlitzaussparungsabschnitt
und dem Führungsvorsprungsabschnitt. Anschließend
bewegt sich das Formmaterial radial nach innen zu der Mitte des
Werkzeughauptkörpers (nachfolgend entsprechend nur als „eine
mittlere Richtung" bezeichnet). Anschließend wird das Formmaterial
durch ein distales Ende des Führungsvorsprungsabschnitts
geführt, um sich in die Extrusionsrichtung zu wenden, wodurch
die Außenumfangsschicht ausgebildet wird.
-
Erfindungsgemäß weist
hier der Schlitzaussparungsabschnitt den gestuften Abschnitt auf,
der in dem Bereich ausgebildet ist, in dem der Schlitzaussparungsabschnitt
dem Führungsvorsprungsabschnitt nicht axial zugewandt ist,
und der in der Extrusionsrichtung vorsteht. Der Schlitzaussparungsabschnitt
und der Führungsvorsprungsabschnitt sind dimensioniert,
um die Beziehungen zu erfüllen, die mit (a/b) > 1 und (c – a)/b > 1 ausgedrückt
wird. Zudem ist der Stufenwinkel θ definiert, um die Beziehung
zu erfüllen, die mit 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
wird. Mit einer derartigen Struktur kann das die vorliegende Erfindung
umsetzende Formwerkzeug das Auftreten einer Schwellung an der Außenumfangsschicht
während eines Trocknungsschritts auch dann unterdrücken,
wenn das das Schäummaterial enthaltende Formmaterial geformt
wird.
-
Der
Grund dafür ist nachfolgend beschrieben.
-
Wenn
das Formmaterial unter Verwendung des in einer vorhergehend genannten
Struktur ausgebildeten Formwerkzeugs extrudiert wird, wird das Formmaterial
durch das radial nach innen gehende distale Ende geführt,
damit es sich in die Extrusionsrichtung wendet. Wenn dies stattfindet,
kann der gestufte Abschnitt eine weitere einwärtsgehende
Bewegung des Formmaterials zu der Mitte des Werkzeughauptkörpers
begrenzen. Des Weiteren weist der gestufte Abschnitt die Außenumfangsseitenwand
auf, die eine Gestalt einer Innenumfangswand der Außenumfangsschicht
festlegt, welche mit dem sich in die Extrusionsrichtung wendenden
Formmaterial ausgebildet wird. Dies ermöglicht es der Innenumfangswand
der Außenumfangsschicht, eine erhöhte Dimensionsgenauigkeit
aufzuweisen, wobei keine ungleichmäßige Fläche
und ein verformter Abschnitt ausgebildet wird, im Gegensatz zu einer
Struktur, die ohne den gestuften Abschnitt ausgebildet wird. Zudem
sind die Außenumfangsschicht und die Zellwände
in einem Haftbereich aneinandergehaftet, der eine verlässliche
Haftfähigkeit aufweist.
-
Des
Weiteren tritt das Formmaterial, das durch den Zwischenraum mit
der Zwischenstückdicke „a" in Richtung der Mitte
des gestuften Abschnitts hindurchgetreten ist, durch den Zwischenraum „b" zwischen
der außenumfänglichen abgeschrägten Seitenwand
des gestuften Abschnitts und dem radial einwärtsgehenden
distalen Ende des Führungsvorsprungsabschnitts hindurch,
wodurch die Außenumfangsschicht ausgebildet wird. Der gestufte
Abschnitt und der Führungsvorsprungsabschnitt haben die Zwischenstückdicke „a"
und den Zwischenraum „b", die die Beziehung (a/b) > 1 erfüllen.
D. h., dass die Zwischenstückdicke „a" ausgewählt
ist, um größer als der Zwischenraum „b"
zu sein. Somit kann das zum Ausbilden der Außenumfangsschicht
notwendige Formmaterial größtenteils durch das
Material beinhaltet sein, das durch den Zwischenraum hindurchtritt.
Dies verhindert das Auftreten einer zum Ausbilden der Außenumfangsschicht
fehlenden Formmaterialmenge. Dies macht es möglich, die
Außenumfangsschicht mit einer gewünschten Dicke
stabil zu erhalten.
-
Des
Weiteren kann der gestufte Abschnitt dann, wenn die Zwischenstückdicke „a",
der Zwischenraum „b" und die Stufenhöhe „c"
die Beziehung (c – a)/b > 1
erfüllen, d. h. wenn die Stufenhöhe „c" passend
sichergestellt ist, eine passende Wirkung des Beschränkens
der einwärtsgehenden Bewegung des Formmaterials in Richtung
der Mitte des gestuften Abschnitts hin haben. Zudem kann der gestufte Abschnitt
eine weitere angemessene Wirkung des Festlegens einer Gestalt der
Innenumfangswand der Außenumfangsschicht haben.
-
Darüber
hinaus begrenzt die außenumfänglich abgeschrägte
Seitenwand dann, wenn der Stufenwinkel θ die Beziehung
erfüllt, die mit 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
wird, die radial einwärtsgehende Bewegung des Formmaterials
in Richtung der Mitte des gestuften Abschnitts hin, wenn das Formmaterial durch
den kreisförmigen distalen Endabschnitt des Führungsvorsprungsabschnitts
geführt wird, um sich in die Extrusionsrichtung zu wenden.
Zudem können die Außenumfangsschicht und die Zellwände
mit einer erhöhten Haftstärke aneinander gehaftet
werden.
-
Wie
es vorhergehend ausgeführt ist, können die in
dem Stand der Technik auftretenden Probleme mit dem gestuften Abschnitt
vorteilhaft behandelt werden, der mit einer Struktur versehen ist,
die die Zwischenstückdicke „a", den Zwischenraum „b"
und die Stufenhöhe „c" aufweist, welche die vorhergehend
genannte Beziehung erfüllen, während die außenumfängliche
abgeschrägte Seitenwand mit dem Stufenwinkel θ vorgesehen
ist.
-
Und
zwar weist der Innenumfang der Außenumfangsschicht eine
Form auf, die aufgrund einer freien Strömung des Formmaterials
ausgebildet wird. Dies verhindert, dass Form- und Dickenschwankungen
der Außenumfangsschicht auftreten. Somit kommt kein leerer
Raum zwischen der Außenumfangsschicht und den Zellwänden
vor, wie es im Stand der Technik (siehe 10A)
vorgekommen ist. Zudem tritt auch dann, wenn Gaskomponenten durch
das in dem Formmaterial enthaltene Schäummaterial erzeugt
werden, wenn der geformte Wabenstrukturkörper zum Trocknen
erwärmt wird, kein Risiko auf, dass die Gaskomponenten
in dem leeren Raum zwischen der Außenumfangsschicht und
den Zellwänden verbleiben. Zudem wird keine der in einem
derartigen leeren Raum innewohnenden Gaskomponenten dazu veranlasst,
sich auszudehnen, wobei kein begleitendes Risiko des Verursachens des
Ausbildens der Schwellung an der Außenumfangsschicht auftritt.
-
Mit
dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird es auch dann, wenn ein Versuch gemacht wird, das das Schäummaterial
enthaltende Material zu formen, das Ausbilden der Schwellung an
der Außenumfangsschicht während des Trocknungsschritts
zu verhindern.
-
Ein
zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren
zum Herstellen eines Wabenstrukturkörpers bereit, der eine
große Anzahl von Zellen, die mit wabenförmigen
Zellwänden umgeben sind, und eine zylindrische Außenumfangsschicht
aufweist, die eine Außenumfangsseitenwand bedeckt. Das
Verfahren umfasst ein Extrudieren eines Formmaterials, das wenigstens
ein keramisches Rohmaterialpulver, Wasser, ein Bindemittel und ein wärmeausdehnbares
Schäummaterial aufweist, welches eine Gaskomponente während
eines Erwärmungsschritts abgibt, um den Wabenstrukturkörper unter
Verwendung des Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs gemäß dem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung auszubilden, ein
Trocknen des Wabenstrukturkörpers und ein Sintern des Wabenstrukturkörpers.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zum Herstellen des Wabenstrukturkörpers durch
Ausführen des Formschritts, des Trocknungsschritts und
des Sinterschritts in einer Abfolge ausgeführt. Bei dem
Formschritt wird das das Schäummaterial enthaltende Formmaterial
unter Verwendung des Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs
gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung extrudiert, wodurch der Wabenstrukturkörper ausgebildet
wird. Gemäß dem Herstellverfahren der vorliegenden
Erfindung kann der Trocknungsschritt ohne Verursachen jeglicher
Schwellung an der Außenumfangsschicht ausgeführt
werden.
-
Gemäß dem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung gibt es dann, wenn
die Zwischenstückdicke „a", der Zwischenraum „b"
und die Stufenhöhe „c" die Beziehung (c – a)/b ≤ 1
erfüllen, ein Risiko einer Schwierigkeit darin, dass die
einwärtsgehende Bewegung des Formmaterials in Richtung
der Mitte des gestuften Abschnitts hin angemessen beschränkt
wird.
-
Falls
die Beziehung (a/b) ≤ 1 vorliegt, tritt des Weiteren ein
Fehlen an Volumen des durch den Zwischenraum hindurchgetretenen
Formmaterials auf, das erforderlich ist, um die Außenumfangsschicht auszubilden.
Somit tritt ein Risiko des Auftretens einer Schwierigkeit des stabilen
Ausbildens der Außenumfangsschicht auf.
-
Falls
der Stufenwinkel θ die mit θ < 90° ausgedrückte
Beziehung erfüllt, haben des Weiteren die Zellwände
und die Außenumfangsschicht eine unangemessene Haftstärke,
mit einem begleitenden Risiko einer Schwierigkeit, des einheitlichen
Ausbildens der Zellwände und der Außenumfangsschicht.
Falls θ > 130° ist,
gibt es währenddessen ein Risiko darin, dass der gestufte
Abschnitt eine angemessene Wirkung des Beschränkens der
Strömung des Formmaterials in Richtung der Mitte des Werkzeughauptkörpers
hin nicht haben kann.
-
Demnach
kann der Stufenwinkel θ vorzugsweise die Beziehung erfüllen,
die mit 100° ≤ θ ≤ 120° ausgedrückt
wird.
-
Gemäß dem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das Schäummaterial
in dem Formmaterial vorübergehend enthalten, im Hinblick darauf,
den Wabenstrukturkörper mit feinen Poren auszubilden, um
beispielsweise im Abgas enthaltene Partikel einzufangen.
-
Das
Schäummaterial besteht generell aus wärmeausdehnbarem
Schäummaterial, das in der Lage ist, während eines
Erwärmens Gaskomponenten zu erzeugen, und das aus organischen
Substanzen besteht. Nach Empfang einer Wärme während eines
Erwärmens des geformten Wabenstrukturkörpers erzeugt
das Schäummaterial Gaskomponenten, wobei Schäume
(beim Ausdehnen) ausgebildet werden. Danach verschwinden die Schäume
während eines Sinterschritts. Dies führt zu einer
Fähigkeit des Ausbildens der feinen Poren in Bereichen,
die aufgrund des Brennens des Schäummaterials verschwinden.
-
Des
Weiteren kann das Formmaterial vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% des
Schäummaterials enthalten.
-
In
einem Fall, in dem das in dem Formmaterial enthaltene Schäummaterial
mit weniger als 1 Gew.-% vorliegt, gibt es ein Risiko darin, dass
mit der Verwendung des Schäummaterials eine Schwierigkeit
zum angemessenen Erhalten einer Wirkung des Ausbildens der feinen
Poren auftritt. Falls der Gehalt des Schäummaterials 10
Gew.-% übersteigt, gibt es ein Risiko darin, dass der sich
ergebende Wabenstrukturkörper eine herabgesetzte Festigkeit
aufweist.
-
Demnach
kann das Formmaterial vorzugsweise 3 bis 7 Gew.-% des Schäummaterials
enthalten.
-
Des
Weiteren kann das Schäummaterial vorzugsweise Partikel
enthalten, die jeweils aus einer aus thermoplastischem Hochpolymer
hergestellten Polymeraußenhülle und einem in der
Polymeraußenhülle enthaltenem Flüssiggas
bestehen, das aus niedrig siedendem Kohlenwasserstoff besteht.
-
Bei
dem Schäummaterial wird das in der Polymeraußenhülle
enthaltene Flüssiggas begleitet von einer Zunahme des Gasdrucks
in Gas umgewandelt, wenn es erwärmt wird. In diesem Augenblick
wird die Polymeraußenhülle mit einer resultierenden
bemerkenswerten Volumenzunahme erweicht, wodurch Schäume
(beim Ausdehnen) erzeugt werden. Somit können die feinen
Poren in den Bereichen ausgebildet werden, von denen das Schäummaterial
durch Brennen entfernt wird. Das bedeutet, dass die Zellwände
des Wabenstrukturkörpers mit den feinen Poren mit hoher
Wirksamkeit des Einfangens der in Abgasen enthaltenen Partikel bereitgestellt
werden können.
-
Für
das Schäummaterial kann insbesondere „Matsumoto
Microsphere" oder dergleichen verwendet werden, das durch „Matsumoto
Yushi-seiyaku Co., Ltd." hergestellt wird. Dieses Produkt nimmt
die Form einer wärmeausdehnbaren Mikrokapsel einschließlich
einer Polymeraußenhülle an, das aus Material besteht,
das aus Acrylnitril und Vinylidenchlorid-Copolymer ausgewählt
ist, und wobei Butan oder dergleichen als Flüssiggas in
die Polymeraußenhülle eingefüllt ist.
-
Selbstverständlich
kann das Schäummaterial andere Materialien als die mit
der vorhergehend genannten Struktur und Material umfassen.
-
Der
Wabenstrukturkörper kann aus Cordierit-Keramik gemacht
sein. Bei einer weiteren Alternative kann der Wabenstrukturkörper
aus anderen Materialien als dem vorhergehend genannten hergestellt
sein.
-
Des
Weiteren kann der Wabenstrukturkörper als ein Abgasreinigungsfilter
verwendet werden, wie z. B. ein DPF oder dergleichen, um Abgas durch
Einfangen von Partikeln zu reinigen, die in von einer Brennkraftmaschine
ausgestoßenen Abgasen enthalten sind.
-
Wenn
der Wabenstrukturkörper des Weiteren als der Abgasreinigungsfilter,
wie z. B. der DPF oder dergleichen, im Einsatz verwendet wird, ist
ein Ende der beiden Enden der Zellen im Gebrauch mit Verstopfabschnitten
geschlossen.
-
In
einem derartigen Fall wird ein Verstopfmaterial, das die Verstopfabschnitte
ausbildet, in gewünschten Positionen der Zellen nach beispielsweise
dem Sinterschritt eingefüllt, nachdem der Wabenstrukturkörper
einem Sinterschritt ausgesetzt wird, um die Verstopfabschnitte auszubilden.
In einer weiteren Alternative wird das Verstopfmaterial in die gewünschten
Positionen der Zellen nach dem Trocknungsschritt eingefüllt,
nachdem der Sinterschritt ausgeführt ist, um die Verstopfabschnitte
zusammen mit dem Wabenstrukturkörper einheitlich zu sintern. Zudem
kann es möglich sein, für das Verstopfmaterial
zum Ausbilden der Verstopfabschnitte beispielsweise dasselbe Material
wie das zu verwenden, das verwendet wird, um den Wabenstrukturkörper
auszubilden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Draufsicht, die ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug
eines Ausführungsbeispiels gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
-
2 ist
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X von 1.
-
3A ist
eine darstellende Ansicht, die einen Werkzeughauptkörper
zeigt, der eine Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche aufweist
und einen Teil des Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs des
Ausführungsbeispiels ausbildet, das in 1 gezeigt
ist.
-
3B ist
eine vergrößerte Ansicht der Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche,
die in 3A gezeigt ist.
-
4 ist
eine darstellende Ansicht, die zeigt, wie ein Wabenstrukturkörper
mit dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug des in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels extrudiert wird.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Wabenstrukturkörper
zeigt, der durch das Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug des
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ausgebildet
ist.
-
6 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Schwellungsauftreten
(%) und einem Stufenwinkel θ (°) darstellt.
-
7A ist
eine Photographie, die einen Querschnitt des Wabenstrukturkörpers
zeigt, der mit dem in 1 gezeigten Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug
extrudiert worden ist.
-
7B ist
eine Photographie, die eine Außenumfangsschicht des in 7A gezeigten
Wabenstrukturkörpers zeigt.
-
8 ist
eine darstellende Ansicht, die zeigt, wie ein Wabenstrukturkörper
mit einem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug des Stands der
Technik extrudiert wird.
-
9A ist
eine Photographie, die einen Querschnitt des Wabenstrukturkörpers
zeigt, der mit dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug des Stands
der Technik extrudiert worden ist, das in 8 gezeigt
ist.
-
9B ist
eine Photographie, die eine Außenumfangsschicht des in 9A gezeigten
Wabenstrukturkörpers zeigt.
-
9C ist
eine Photographie, die einen axial weggeschnittenen Querschnitt
des in 9A gezeigten Wabenstrukturkörpers
zeigt.
-
10A ist eine Querschnittsansicht, die einen Mechanismus
zeigt, wie der Wabenstrukturkörper des Stands der Technik
einen leeren Raum aufweist, der an einer Außenumfangsschicht
ausgebildet ist.
-
10B ist eine Querschnittsansicht, die zeigt, wie
sich der leere Raum an der Außenumfangsschicht des Wabenstrukturkörpers
des Stands der Technik ausdehnt.
-
10C ist eine Querschnittsansicht, die zeigt, wie
der leere Raum zu einer Schwellung führt, die an der Außenumfangsschicht
des Wabenstrukturkörpers des Stands der Technik ausgebildet
ist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Nachfolgend
ist ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug eines Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich
in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch dahingehend auszulegen, dass sie nicht auf
ein derartiges Ausführungsbeispiel begrenzt ist, wie es
nachfolgend beschrieben ist, und technische Konzepte der vorliegenden Erfindung
können in Kombination mit anderen bekannten Technologien
oder der anderen Technologie umgesetzt werden, die zu derartigen
Technologien äquivalente Funktionen aufweist.
-
In
der nachfolgenden Beschreibung soll es verstanden sein, dass Ausdrücke
wie „äußere", „innere", „mittlere", „radial", „einwärts", „aufrecht", „extrudieren", „umfänglich", „distal", „Ende"
und dergleichen zweckdienliche Wörter sind und nicht als
begrenzende Ausdrücke auszulegen sind.
-
Darüber
hinaus bezieht sich der Ausdruck „Extrusionsrichtung" auf
eine Richtung, in der das Formmaterial aus dem Werkzeughauptkörper
axial herausgedrückt wird.
-
[Ausführungsbeispiel]
-
Nachfolgend
sind ein Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug eines Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum
Herstellen eines Wabenstrukturkörpers unter Verwendung
eines derartigen Formwerkzeugs mit Bezug auf 1 bis 3 der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
Wie
es in 1 bis 3 gezeigt ist,
dient das Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels dazu, einen Wabenstrukturkörper 8 (siehe 5)
zu formen, der wabenförmige Zellwände 81,
eine große Anzahl von Zellen 82, die durch die
Zellwände 81 festgelegt sind, und eine Außenumfangsschicht 83 aufweist,
wobei die Zellwände 81 und die Außenumfangsschicht 83 strukturbezogen
einheitlich ausgebildet sind. Beim Formen des Wabenstrukturkörpers 8 besteht
ein Formmaterial aus einer Mischung, die wenigstens ein keramisches
Rohmaterialpulver, Wasser, ein Bindemittel und ein Treibmittel enthält.
-
Wie
es in 1 und 2 gezeigt ist, besteht das Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels aus einem Werkzeughauptkörper 2 und
einem außenumfänglichen ringförmigen
Führungsring 5. Obwohl es nicht gezeigt ist, sind
der Werkzeughauptkörper 2 und der Führungsring 5 jeweils
mit Nadellöchern ausgebildet. Der Werkzeughauptkörper 2 und
der Führungsring 5 sind unter Verwendung von Fixierstiften
fest aneinander angebracht, die in die Nadellöcher des
Werkzeughauptkörpers 2 und des ringförmigen
Führungsrings 5 fest eingepasst sind.
-
Wie
es in 2 gezeigt ist, weist der Hauptkörper 2 einen
Zufuhrbohrungsabschnitt 3, der mit einer Vielzahl von Materialzufuhrbohrungen 31 zum Zuführen
eines Formmaterials dort hindurch ausgebildet ist, und einen Schlitzaussparungsabschnitt 4 auf,
der gitterartige Schlitzaussparungen 41 aufweist, die jeweils
in Verbindung mit den Materialzufuhrbohrungen 31 stehen,
um das Formmaterial zu einem kompakten Wabenstrukturkörper
zu formen.
-
Wie
es in 2 und 3A gezeigt ist, weist der Schlitzaussparungsabschnitt 4 eine
kreisförmige Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 400 auf,
die mit viereckig geformten, gitterartigen Schlitzaussparungen 41 ausgebildet
ist. Zusätzlich dazu weist der Schlitzaussparungsabschnitt 4 zudem
einen gestuften Abschnitt 42 auf, der in einem Bereich
ausgebildet ist, in dem der Schlitzaussparungsabschnitt 4 einem
Führungsvorsprungsabschnitt 52 des Führungsrings 5 nicht
axial zugewandt ist, und der von dem Schlitzaussparungsabschnitt 4 in
einer Extrusionsrichtung des Formmaterials axial vorsteht. Des Weiteren
weist die Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 400 eine
mittlere Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 402,
die an dem gestuften Abschnitt 42 ausgebildet ist, und
eine außenumfängliche Schlitzaussparungsausbildungsfläche 401 auf,
die in einem Außenumfangsbereich des gestuften Abschnitts 42 ausgebildet
ist. Bei dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die mittlere Schlitzaussparungsausbildungsfläche 402 des
gestuften Abschnitts 42 festgesetzt, um einen Außendurchmesser
(Durchmesser A des gestuften Abschnitts 42) mit einer Größe
von 160,5 mm aufzuweisen.
-
Wie
es in 3A gezeigt ist, sind des Weiteren
unter den Schlitzaussparungen 41, die in dem Schlitzaussparungsabschnitt 4 ausgebildet
sind, die äußersten Schlitzaussparungen 419 geschlossen, um
zu verhindern, dass das Formmaterial während eines Extrudierschritts
aus außenumfänglichen Führungswänden 409 des
Schlitzaussparungsabschnitts 4 austritt. D. h., dass die äußersten
Schlitzaussparungen 419 mit Versiegelern bzw. Versiegelungsmitteln
durch ein geeignetes Verfahren geschlossen sind, wie z. B. einer
Einlegebearbeitung unter Verwendung von Füll- und Metallmaterial
oder dergleichen.
-
Wie
es in 2 gezeigt ist, weist der Zufuhrbohrungsabschnitt 3 eine
Zufuhrbohrungs-Ausbildungsfläche 300 (platziert
an einer Ebene, die zu der Schlitzaussparungsausbildungsfläche 400 entgegengesetzt
ist) auf, die so ausgebildet ist, dass die mehreren Materialzufuhrbohrungen 31 jeweils
mit den Schlitzaussparungen 41 in Fluidverbindung stehen.
-
Des
Weiteren, wie es in 3B gezeigt ist, sind die Materialzufuhrbohrungen 31 in
dem Werkzeughauptkörper 2 an Gitterpositionen
ausgebildet, die jeweils zu jeder zweiten Gitterposition unter Gitterpunkten
der viereckigförmigen gitterartigen Schlitzaussparung 41 korrespondieren.
-
Wie
es in 1 und 2 gezeigt ist, weist der ringförmige
Führungsring 5 einen aufrechten Führungsstützabschnitt 51,
der sich in der Extrusionsrichtung des Formmaterials von der außenumfänglichen
Schlitzaussparungsausbildungsfläche 401 des Schlitzaussparungsabschnitts 4 an
dessen Außenumfangsende erstreckt, und einen Führungsvorsprungsabschnitt 52 auf.
Der Führungsvorsprungsabschnitt 52 hat einen radialen
Endabschnitt, der an einem oberen Ende des aufrechten Führungsstützabschnitts 51 fest
gesichert ist und sich von diesem radial einwärts erstreckt.
Der Führungsvorsprungsabschnitt 52 hat eine axiale
Endfläche 500, die von der außenumfänglichen
Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 401 des Schlitzaussparungsabschnitts 4 axial
beabstandet ist, um einen Zwischenraum 6 bereitzustellen.
Bei dem Formwerkzeug 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
sind der aufrechte Führungsstützabschnitt 51 und
der Führungsvorsprungsabschnitt 52 jeweils in
separaten Strukturen ausgebildet.
-
Der
aufrechte Führungsstützabschnitt 51 ist in
einem Bereich zwischen dem Schlitzaussparungsabschnitt 4 und
dem Führungsvorsprungsabschnitt 52 angeordnet,
wodurch sichergestellt ist, dass der Zwischenraum 6 zwischen
diesen vorgesehen ist.
-
Der
Führungsvorsprungsabschnitt 52 nimmt die Form
einer ringartigen Struktur an, die sich derart radial einwärts
erstreckt, dass die axiale Endfläche 500, die
als eine der Führung gegenüberliegende Fläche
wirkt, die der außenumfänglichen Schlitzaussparungsausbildungsfläche 401 des
Schlitzaussparungsabschnitts 4 zugewandt ist, und der Schlitzaussparungsabschnitt 4 stellt
sicher, dass ein Zwischenraum 6 vorliegt. Zudem hat der
Führungsvorsprungsabschnitt 52 einen einwärts
gerichteten Endteil 521, der in einer kreisförmigen
Gestaltung in Übereinstimmung mit einem äußeren
Profil des zu erhaltenden Wabenstrukturkörpers 8 ausgebildet
ist. Bei dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der einwärts
gerichtete Endteil 521 gestaltet, um einen Innendurchmesser
B (nachfolgend als ein Führungsringdurchmesser B bezeichnet)
von 162,1 mm aufzuweisen.
-
Wie
es in 2 gezeigt ist, sind bei dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels der Schlitzaussparungsabschnitt 4 und
der Führungsvorsprungsabschnitt 52 dimensioniert,
um die Beziehungen zu erfüllen, die wie nachfolgend ausgedrückt
werden: (c – a)/b > 1 und (a/b) > 1,wobei „a" eine Dicke
des aufrechten Führungsstützabschnitts 51 darstellt;
wobei „b" einen ringförmigen Zwischenraum (= Führungsringdurchmesser
B – Durchmesser des gestuften Abschnitts 42) zwischen einer
Außenumfangsseitenwand (kreisförmiger abgeschrägter
Teil) 420 des gestuften Abschnitts 4 und dem kreisförmigen
distalen Endteil 521 des Führungsvorsprungsabschnitts 52 darstellt;
und wobei „c" eine Stufenhöhe des gestuften Abschnitts 42 darstellt,
der von der außenumfänglichen Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 401 vorsteht.
Bei der Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels
sind diese Parameter derart bestimmt, dass der Zwischenstückdurchmesser „a"
1,0 mm ist, der Zwischenraum „b" 0,8 mm ist und die Stufenhöhe „c"
2,0 mm ist.
-
Wie
es in 2 des weiteren gezeigt ist, ist die außenumfängliche
abgeschrägte Seitenwand 420 des gestuften Abschnitts 42 von
der außenumfänglichen Schlitzaussparungsausbildungsfläche 401 zu
der außenumfänglichen Schlitzaussparungsausbildungsfläche 402 des
Schlitzaussparungsabschnitt 4 mit einem Stufenwinkel θ abgeschrägt,
der dadurch die Beziehung erfüllt, die mit 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Stufenwinkel θ mit 110° festgesetzt.
-
Nachfolgend
ist ein Verfahren zum Herstellen des Wabenstrukturkörpers 8 unter
Verwendung des Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs 1 mit
der vorhergehend behandelten Struktur ausführlich beschrieben.
-
Zuerst
wird das Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 an
eine Extrusionsmaschine nach Schraubart (nicht gezeigt) an deren
distalem Ende angebracht. Anschließend wird ein geknetetes
Keramik-Rohmaterial in die Extrusionsmaschine zugeführt.
Rohmaterialpulver wird in einer chemischen Zusammensetzung vorbereitet,
die eine Hauptkomponente aufweist, um letztendlich ein Cordierit
auszubilden. Zu diesem Zweck enthält das Rohmaterialpulver
Kaolin, Kieselglas, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid und Talkum,
die gemischt sind. Das Rohmaterialpulver wird dann mit Wasser, einem
Bindemittel und einem Schäummaterial oder dergleichen gemischt,
woraufhin eine sich ergebende Mischung geknetet wird.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde „Matsumoto
Microsphere" als das Schäummaterial verwendet, das durch „Matsumoto
Yushi-seiyaku Co., Ltd." hergestellt wird. Dies ist eine Mikrokapsel,
die aus einer Polymeraußenhülle, die aus Acrylnitril
hergestellt ist, welches aus wärmeausdehnbarem Hochpolymer
besteht, und in die Außenhülle als Flüssiggas
(niedrigsiedender Kohlenwasserstoff) eingefüllten Butan
besteht. Das Rohmaterialpulver enthält 5 Gew.-% des Schäummaterials.
-
Wie
es in 4 gezeigt ist, führt als Nächstes
das Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 das Rohmaterialpulver
als ein Formmaterial 80 zu den Materialzufuhrbohrungen 31 zu,
worauf das Formmaterial 80 durch die Schlitzaussparungen 41 hindurchgedrückt
wird. Mit dem zunehmenden Hindurchdrücken des Formmaterials 80 wird
ein kompakter Wabenstrukturkörper geformt. Der kompakte Wabenstrukturkörper
wird in eine vorgegebene Länge geschnitten, wodurch der
Wabenstrukturkörper 8 (siehe 5)
ausgebildet wird. In 4 ist das Formmaterial 80 nur
durch das herausgedrückte Material dargestellt.
-
Um
eine derartige Abfolge genauer zu beschreiben, wie sie in 4 gezeigt
ist, tritt das Formmaterial 80 durch den Zwischenraum 6 zwischen dem
Schlitzaussparungsabschnitt 4 und dem Führungsvorsprungsabschnitt 52.
Das Formmaterial 80, das durch den Zwischenraum 6 hindurchgetreten
ist, bewegt sich radial einwärts zu einer Mitte des gestuften
Abschnitts 42 des Werkzeughauptkörpers 2 hin. Anschließend
wird das Formmaterial 80 in einen anliegenden Kontakt mit
der außenumfänglichen abgeschrägten Seitenwand 420 des
gestuften Abschnitts 42 gebracht, um in einem rechten Winkel
in einem Bereich zwischen dem radial nach innen liegenden distalen
Ende 521 des Führungsrings 5 und der
außenumfänglichen abgeschrägten Seitenwand 420 des
gestuften Abschnitts 42 gebogen zu werden. Dies führt
zu dem Ausbilden der Außenumfangsschicht 83 des
Wabenstrukturkörpers 8.
-
Wenn
dies während einer Bewegung des Formmaterials 80 zum
Wenden in die Extrusionsrichtung stattfindet, wie es in 4 gezeigt
ist, beschränkt der gestufte Abschnitt 42 eine
weitergehende Einwärtsbewegung des Formmaterials 80 in
Richtung der Mitte des abgestuften Abschnitts 42.
-
Wenn
das sich in die Extrusionsrichtung wendende Formmaterial durch einen
Raum zwischen der Außenumfangsseitenwand 420 des
gestuften Abschnitts 42 und dem radial einwärts
liegenden distalen Ende 521 des Führungsvorsprungsabschnitts 52 hindurchtritt,
um die Außenumfangsschicht 83 des Wabenstrukturkörpers
auszubilden, hat ferner eine Innenumfangsfläche 831 der
Außenumfangsschicht 83 eine Gestalt, die durch
die Außenumfangsseitenwand 420 des gestuften Abschnitts 42 festgelegt
ist, und eine Außenumfangsfläche 832 der
Außenumfangsschicht 83 hat eine Gestalt, die durch
das radial einwärts liegenden distalen Ende 521 des
Führungsvorsprungsabschnitts 52 festgelegt ist.
-
Auf
eine derartige, wie vorhergehend beschriebene Art und Weise werden
die Zellwände 81 und die Außenumfangsschicht 83 gleichzeitig
zu einer einheitlichen Struktur ausgebildet. Dies führt
zum Ausbilden des Wabenstrukturkörpers 8, der
die wabenartigen Zellwände 81, eine große
Anzahl von Zellen 82, die von den wabenartigen Zellwänden 81 umgeben
sind, und die Außenumfangsschicht 83 aufweist,
wie es in 5 gezeigt ist.
-
Nachdem
das Extrudieren abgeschlossen worden ist, wird als Nächstes
der Wabenstrukturkörper 8 getrocknet und mit einer
vorgegebenen Temperatur gebrannt. Wenn dies stattfindet, wird das Schäummaterial,
das in dem Formmaterial enthalten ist, während eines Trocknungsschritts
erwärmt, was dazu führt, dass in der Polymeraußenhülle
eingekapseltes Flüssiggas zusammen mit einer Zunahme des Gasdrucks
in Gas umgewandelt wird. Zu derselben Zeit erweicht die Polymeraußenhülle
mit einer begleitenden, bemerkenswerten Volumenzunahme, was zu dem
Schäumen (Ausdehnung) führt. Anschließend wird
die Polymeraußenhülle herausgebrannt. Somit haben
die wabenartigen Zellwände 81 und die Außenumfangsschicht 83 des
Wabenstrukturkörpers 8 feine Poren, die in Bereichen
ausgebildet sind, in denen das Schäummaterial herausgebrannt
ist.
-
Bei
den vorher genannten verschiedenen Schritten kann der Wabenstrukturkörper 8 mit
einer Struktur erhalten werden, die aus einer Cordierit-Keramik
hergestellt ist. Der Wabenstrukturkörper 8 hat eine
Porosität von 60 bis 65%.
-
Als
Nächstes ist eine Beschreibung von verschiedenen vorteilhaften
Wirkungen des Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels gegeben.
-
Bei
dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels weist der Schlitzaussparungsausbildungsabschnitt 4 einen mittleren
Bereich auf, der von dem Führungsvorsprungsabschnitt 52 in
nicht überlappender Beziehung mit diesem radial versetzt
ist, und der mit dem gestuften Abschnitt 42 ausgebildet
ist, der in der Extrusionsrichtung des Formmaterials 80 vorsteht.
Zudem stehen der gestufte Abschnitt 42 und der Führungsvorsprungsabschnitt 52 miteinander
in Beziehung, um die Beziehung zu erfüllen, die wie folgt
ausgedrückt wird: (a/b) > 1 und (c – a)/b > 1.
-
Des
Weiteren ist die außenumfängliche abgeschrägte
Seitenwand 420 des gestuften Abschnitts 42 von
der außenumfänglichen Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 401 zu
der außenumfänglichen Schlitzaussparungs-Ausbildungsfläche 402 des Schlitzaussparungsabschnitts 4 mit
dem Stufenwinkel θ abgeschrägt, der die Beziehung
erfüllt, die mit 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
ist.
-
Somit
stellen auch dann, wenn das Formwerkzeug 1 den Wabenstrukturkörper 8 unter
Verwendung des das Schäummaterial enthaltende Formmaterials 80 extrudiert
wird, derartige Beziehungen eine Fähigkeit des Unterdrückens
des Auftretens der Schwellung der Außenumfangsschicht 83 in
einem trockenen Zustand bereit.
-
Dies
ergibt sich aus den nachfolgend genannten Gründen.
-
Wenn
das Formwerkzeug 1 mit der vorhergehend genannten Struktur
verwendet wird, um das Extrudieren auszuführen, wird das
Formmaterial 80 zu dem Wabenstrukturkörper 8 ausgebildet.
Wenn dies stattfindet, bewegt sich das Formmaterial 80 durch
den Zwischenraum 6 radial einwärts, um mit der
außenumfänglichen abgeschrägten Seitenwand 420 des
gestuften Abschnitts 42 in anliegenden Kontakt gebracht
zu werden. Wenn dies stattfindet, wird das Formmaterial 80 durch
das radial einwärts gerichtete distale Ende 521 des
Führungsvorsprungsabschnitts 52 geführt,
um sich in die Extrusionsrichtung zu wenden. Während einer
derartigen Bewegung beschränkt der gestufte Abschnitt 42 eine
weitere Einwärtsbewegung des Formmaterials 80 in Richtung
der Mitte des gestuften Abschnitts hin. Zudem legt die Außenumfangsseitenwand 420 des
gestuften Abschnitts eine Gestalt einer Innenwand der Außenumfangsschicht 83 fest,
die aus dem Formmaterial 80 ausgebildet wird, welches sich
in die Extrusionsrichtung wendet. Dies ermöglicht es der
Außenumfangsschicht 83, eine Innenumfangsfläche
aufzuweisen, die mit einer hohen Genauigkeit mit einem geringen
Auftreten einer ungleichmäßigen Fläche oder
eines verformten Teils dimensioniert wird, als die, die in einer
Struktur auftreten, bei der kein gestufter Abschnitt 42 vorgesehen
ist. Dies macht es möglich, die Außenumfangsschicht 83 in
einer gewünschten Gestalt und Dicke zu erhalten. Zudem
sind die Außenumfangsschicht 83 und die Zellwände 81 mit einer
angemessenen Haftfähigkeit aneinander gehaftet.
-
Des
Weiteren wird das Formmaterial 80, das durch den Zwischenraum 60 hindurchtritt,
der die Zwischenstückdicke „a" in Richtung der
Mitte des gestuften Abschnitts 42 aufweist, in Kontakt
mit der außenumfänglichen abgeschrägten
Seitenwand 420 des gestuften Abschnitts 42 gebracht.
Anschließend tritt das Formmaterial 80 durch den
Zwischenraum „b" zwischen der außenumfänglichen
abgeschrägten Seitenwand 420 des gestuften Abschnitts 42 und dem
radial nach innen liegenden distalen Ende 521 des Führungsvorsprungsabschnitts 52,
wodurch die Außenumfangsschicht 83 ausgebildet
wird. In diesem Fall bestimmt der Zwischenraum „b" eine
Dicke der zu erhaltenden Außenumfangsschicht 83.
Daher kann bei dem gestuften Abschnitt 42 und dem Führungsvorsprungsabschnitt 52,
die miteinander in Beziehung stehen, so dass die Zwischenstückdicke „a" und
der Zwischenraum „b" die Beziehung (a/b) > 1 erfüllen,
d. h., dass die Zwischenstückdicke „a" größer als
der Zwischenraum „b" ausgewählt ist, das Formmaterial 80,
das für das Ausbilden der Außenumfangsschicht 83 erforderlich
ist, größtenteils durch das durch den Zwischenraum 6 hindurchtretende Material
abgedeckt werden. Dies verhindert das Auftreten eines Risikos einer
zu kleinen Menge des zu befördernden Formmaterials 80,
das zum Ausbilden der Außenumfangsschicht 83 notwendig
ist, wodurch es ermöglicht wird, die Außenumfangsschicht 83 mit einer
gewünschten Dicke stabil zu erhalten.
-
Dadurch,
dass der gestufte Abschnitt 42 und der Führungsvorsprungsabschnitt 52,
die miteinander in Verbindung stehen, so dass die Zwischenstückdicke „a",
der Zwischenraum „b" und die Stufenhöhe „c"
die Beziehung (c – a)/b > 1
erfüllen, d. h. dadurch, dass die Stufenhöhe „c"
angemessen sichergestellt ist, kann der gestufte Abschnitt 42 eine
angemessene Wirkung des Begrenzens der Einwärtsbewegung
des Formmaterials 80 in Richtung der Mitte des gestuften
Abschnitts 42 hin aufweisen. Zudem kann der gestufte Abschnitt 42 eine
weitere angemessene Wirkung des Festlegens einer Gestalt der Innenumfangswand
der Außenumfangsschicht 83 aufweisen.
-
Mit
der außenumfänglichen abgeschrägten Seitenwand 420,
die mit dem Stufenwinkel θ abgeschrägt ist, der
die Beziehung erfüllt, die mit 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
wird, begrenzt des Weiteren die außenumfänglich
abgeschrägte Seitenwand 420 die radiale Einwärtsbewegung
des Formmaterials 80 in Richtung der Mitte des gestuften
Abschnitts 42, wenn das Formmaterial 80 mit dem
kreisförmigen distalen Endteil 521 des Führungsvorsprungsabschnitts 52 geführt
wird, um sich in die Extrusionsrichtung zu wenden. Zudem ermöglicht
es die außenumfängliche abgeschrägte
Seitenwand 420, dass sich das Formmaterial 80 auf
eine gleichmäßige Weise in die Extrusionsrichtung
wendet. Darüber hinaus können die Außenumfangsschicht 83 und
die Zellwände 81 mit einer erhöhten Haftstärke
aneinander angehaftet werden.
-
Wie
es vorhergehend ausgeführt ist, können dadurch,
dass der gestufte Abschnitt 42 mit einer Struktur vorgesehen
ist, bei der die Zwischenstückdicke „a", der Zwischenraum „b"
und die Stufenhöhe „c" die vorhergehend genannte
Beziehung erfüllen, während die außenumfänglich
abgeschrägte Seitenwand 420 mit dem Stufenwinkel θ vorgesehen
ist, die im Stand der Technik auftretenden Probleme vorteilhaft behandelt
werden.
-
Das
bedeutet, dass die Gestalt des Innenumfangs der Außenumfangsschicht
aus dem Formmaterial ausgebildet ist, das mit einer freien Strömung hindurchtritt,
um zu verhindern, dass Schwankungen in der Gestalt und der Dicke
der Außenumfangsschicht auftreten. Somit ist kein Abstand
zwischen der Außenumfangsschicht und den Zellwänden
vorgesehen, wie es im Stand der Technik auftritt (siehe 10A). Zudem tritt auch dann, wenn Gaskomponenten
durch das in dem Formmaterial enthaltene Schäummaterial
erzeugt werden, wenn der geformte Wabenstrukturkörper zum
Trocknen desselben erwärmt wird, kein Risiko auf, dass
die Gaskomponenten in dem Abstand zwischen der Außenumfangsschicht
und den Zellwänden verbleiben. Zudem wird keine der Gaskomponenten,
die sich in einem derartigen Abstand aufhalten, dazu veranlasst,
sich auszudehnen, wobei kein begleitendes Risiko des Verursachens
der Schwellung der Außenumfangsschicht auftritt.
-
Bei
dem Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug 1 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels wird es auch dann, wenn ein Versuch
gemacht wird, das das Schäummittel enthaltende Material
zu formen, möglich, das Schwellen der Außenumfangsschicht während
des Trocknungsschritts zu verhindern.
-
Darüber
hinaus kann der Wabenstrukturkörper 8, der in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hergestellt ist, als
ein Abgasreinigungsfilter, wie z. B. ein DPF (Dieselpartikelfilter)
zum Reinigen von Abgasen durch Einfangen von Partikeln in Abgasen
verwendet werden, die beispielsweise von einer Brennkraftmaschine
ausgestoßen werden.
-
Beim
tatsächlichen Verwenden des Wabenstrukturkörpers 8 als
das Abgasreinigungsfilter, wie z. B. das DPF, sind Verstopfungssegmente
an einem der beiden axialen Enden der Zellen 82 vorgesehen.
-
Ein
Verfahren des Bereitstellens derartiger Verstopfungselemente weist
einen Schritt des Füllens der gewünschten Bereiche
der Zellen 82 mit einem Verstopfungsmaterial nach beispielsweise
einem Sinterschritt und Sintern des Verstopfungsmaterials zum Ausbilden
der Verstopfungssegmente auf. Alternativ dazu wird nach einem Trocknungsschritt das
Verstopfungsmaterial in die gewünschten Teile der Zellen 83 eingefüllt,
wonach der Wabenstrukturkörper 8 und das Verstopfungsmaterial
in einem Sinterschritt einheitlich gesintert werden, um dadurch die
Verstopfungssegmente auszubilden. Darüber hinaus können
Beispiele des Verstopfungsmaterials zum Ausbilden der Verstopfungssegmente
dasselbe Material wie das umfassen, das beispielsweise als das Formmaterial
zum Ausbilden des Wabenstrukturkörpers 8 verwendet
wird.
-
(Beispiel)
-
Dieses
Beispiel zeigt ein Ergebnis einer verifizierten Wirkung des Wabenstrukturkörper-Formwerkzeugs 1,
das die vorliegende Erfindung umsetzt.
-
Mit
diesem Beispiel wurde die Verifizierung für die Beziehung
zwischen dem Stufenwinkel θ und einer Wirkung des Unterdrückens
der Schwellung der Außenumfangsschicht durchgeführt.
-
Nachfolgend
ist ein Verfahren zum Durchführen von Versuchen beschrieben.
-
Zuerst
wurde eine Vielzahl von Formwerkzeugen, die jeweils dieselbe grundlegende
Struktur wie die des vorhergehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiels
aufweisen, vorbereitet, deren Strukturen sich nur in dem Stufenwinkel θ unterscheiden.
Der Stufenwinkel θ wird in einem Wertebereich von 90° bis
140° mit einer Schrittweite von 5° variiert. Als
Nächstes wurden Wabenstrukturkörper (mit n = 30)
unter Verwendung der Vielzahl von vorbereiteten Formwerkzeugen geformt.
Die Wabenstrukturkörper wurden getrocknet, um Außenumfangshäute
in visueller Prüfung zu untersuchen, um dadurch zu bestätigen,
ob die Außenumfangshäute die Schwellungen aufweisen,
die als Störobjekte betrachtet werden.
-
Als
Nächstes sind nachfolgend Testergebnisse angegeben.
-
6 zeigt
die Beziehung zwischen dem Stufenwinkel θ und einem Schwellungsauftreten
(%). Wie es aus 6 verstanden werden kann, war
bei dem Stufenwinkel θ in einem Bereich von 90° bis 130° das
Schwellungsauftreten 5% oder weniger, begleitet von einer Fähigkeit
zum angemessenen Unterdrücken der Schwellungen der Außenumfangsschichten.
Zudem war bei dem Stufenwinkel θ in einem Bereich von 100° bis
120° das Schwellungsauftreten annähernd 0%, begleitet
von einem Ergebnis des vollständigen Verhinderns der Schwellungen
der Außenumfangshäute.
-
7A zeigt
die Wabenstruktur 8, die unter Verwendung des Formwerkzeugs
(ähnlich zu der des vorliegenden Ausführungsbeispiels)
mit dem Stufenwinkel θ geformt wurde, der mit 110° festgelegt
ist.
-
Wie
es in 7A gezeigt ist, weist die Innenumfangsfläche 831 der
Außenumfangsschicht 83 eine erhöhte dimensionale
Genauigkeit ohne Ausbilden einer ungleichmäßigen
Oberfläche und eines verformten Teils auf. Zudem, wie es
in 7B gezeigt ist, hat die Außenumfangsschicht 83 eine
Außenumfangsfläche 832 ohne Auftreten
der Schwellung.
-
Es
stellt sich aus den vorhergehend beschriebenen Ergebnissen heraus,
dass bei dem Stufenwinkel θ, der von 90° bis 130° reicht,
was in einen Bereich der vorliegenden Erfindung fällt,
die Außenumfangsschicht 83 eine angemessene Wirkung
des Unterdrückens der Schwellung aufweisen kann. Des Weiteren
stellt es sich heraus, dass bei dem Stufenwinkel θ, der
von 100° bis 120° reicht, beinahe keine Schwellung
in der Außenumfangsschicht 83 ausgebildet wird.
-
Während
das bestimmte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ausführlich beschrieben worden ist, ist es dem Fachmann
ersichtlich, dass angesichts der übergreifenden Lehre des offenbarten
Sachverhalts verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen
Ausführungen gemacht werden können. Demnach dient
die beschriebene spezielle Anordnung lediglich zur Darstellung und
nicht dazu, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen,
der in vollem Umfang der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente
gegeben ist.
-
Ein
Wabenstrukturkörper-Formwerkzeug und ein diesbezügliches
Verfahren sind offenbart. Ein Formmaterial wird eingesetzt, das
ein Keramik-Rohmaterialpulver, Wasser, ein Bindemittel und ein Schäummaterial
enthält, welches eine Gaskomponente während eines
Erwärmungsschritts abgibt. Das Formwerkzeug hat einen Werkzeughauptkörper, der
einen Materialzufuhrbohrungsabschnitt mit Materialzufuhrbohrungen
und einen Schlitzaussparungsabschnitt mit gitterartigen Schlitzaussparungen
aufweist, und einen Führungsring, der einen aufrechten Führungsstützabschnitt
und einen Führungsvorsprungsabschnitt aufweist. Der Schlitzaussparungsabschnitt
hat einen gestuften Abschnitt, der sich in einer Extrusionsrichtung
erstreckt. Der Schlitzaussparungsabschnitt und der Führungsvorsprungsabschnitt
sind dimensioniert, um die Beziehungen zu erfüllen, die
wie nachfolgend ausgedrückt werden: (c – a)/b > 1 und (a/b) > 1,wobei „a"
eine Zwischenstückdicke, „b" einen Zwischenraum
und „c" eine Stufenhöhe darstellt. Ein Stufenwinkel θ erfüllt
die Beziehung, die mit 90° ≤ θ ≤ 130° ausgedrückt
wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-