DE102017213515A1

DE102017213515A1 - Form zur Ausbildung einer Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102017213515A1
Application number: DE102017213515.8A
Authority: DE
Inventors: Yuta IMAIZUMI; Kazuhiko HAMATSUKA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US20180043597A1; US10688706B2

Abstract

Offenbart wird ein Wabenstruktur-Formwerkzeug, das in der Lage ist, einen Waben-Formkörper, der einen hinsichtlich der Wabenstruktur von einem Umfangsteil verschiedenen Mittelteil hat, mit hoher Qualität zu formen. Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine erste Form 10, in welcher ein Mittelbereich 15 auf der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche 18 einen konvexen Bereich 16 hat, der in einer Extrusionsrichtung X eines Knetwerkstoffs zu einer stromabwärts liegenden Seite hin vorspringt, eine ringförmige zweite Form 20, die eine zu dem konvexen Bereich 16 der ersten Form 10 komplementäre Form aufweist, und ein Netzelement 30, das zwischen die erste Form 10 und die zweite Form 20 gesetzt ist. In der ersten Form 10 sind erste Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 gebildet und erste Gitterschlitze 11 sind auf der Seite der Knetwerkstoff-Austrittsfläche 18 des konvexen Bereichs 16 gebildet, und in der zweiten Form 20 sind zweite Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 und zweite Gitterschlitze 21 gebildet, die mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern 22 in Verbindung stehen, und die Bewegung eines Knetwerkstoffs wird zwischen dem ersten Knetwerkstoff-Einführloch 12 und dem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch 22 durch Maschen des Netzelements 30 vollzogen.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, die auf der JP-2016-156975 , eingereicht am 09.08.2016, und der JP-2016-220875 , eingereicht am 11.11.2016 beim japanischen Patentamt basiert, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wabenstruktur-Formwerkzeug und insbesondere betrifft sie ein Wabenstruktur-Formwerkzeug, welches in der Lage ist, einen Waben-Formkörper, der einen hinsichtlich der Wabenstruktur von einem Umfangsteil verschiedenen Mittelteil hat, mit hoher Qualität zu formen. Beschreibung des Stands der Technik
Herkömmlicherweise wird eine mit einem Katalysator imprägnierte Wabenstruktur für eine Behandlung zur Beseitigung von Schadstoffen wie etwa HC, CO und NOx verwendet, die in einem von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen ausgestoßenen Abgas enthalten sind. Ferner wird die Wabenstruktur auch als ein Filter zur Reinigung von Abgas verwendet, indem die offenen Enden von mit porösen Trennwänden gebildeten Waben verschlossen werden.
Wabenstrukturen sind säulenförmige Strukturen, die jeweils Trennwände enthalten, die eine Vielzahl von Waben bilden, welche Durchflusskanäle für ein Abgas werden. Eine derartige Wabenstruktur hat eine Wabenstruktur, in der eine Vielzahl von Waben in vorbestimmten Zyklen in einer zu einer Verlaufsrichtung der Waben senkrechten Ebene regelmäßig angeordnet sind. Bisher gab es eine Art von Wabenstruktur in der vorstehend genannten Ebene einer Wabenstruktur, aber in der jüngeren Vergangenheit wurde zum Zweck der Verbesserung der Reinigungseffizienz von Abgas oder dergleichen eine Wabenstruktur mit zwei oder mehr Arten von Wabenstrukturen in der vorstehend genannten Ebene vorgeschlagen. Beispielsweise wurde eine Wabenstruktur vorgeschlagen, bei welcher ein Mittelteil von einem Umfangsteil in einer zu einer Wabenverlaufsrichtung senkrechten Ebene hinsichtlich Wabendichte oder Wabenform verschieden ist, womit die Wabenstruktur zwei Arten von Wabenstrukturen in der vorstehend genannten Ebene hat.
Diese Wabenstruktur wird hergestellt, indem ein ein keramisches Form-Ausgangsmaterial enthaltender Knetwerkstoff mit einer Strangpressform geformt wird, um einen Waben-Formkörper herzustellen, und der hergestellte Waben-Formkörper dann getrocknet und gebrannt wird. Beispielsweise wird die Form als ein Wabenstruktur-Formwerkzeug hergestellt, indem in einem aus Metall bestehenden Formsubstrat rückseitige Löcher, in welche der Knetwerkstoff eingeführt wird, und Schlitze, die mit den rückseitigen Löchern kommunizieren, gebildet werden (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 bis 4). Nachfolgend wird das Wabenstruktur-Formwerkzeug einfach als ein „Formwerkzeug” oder gelegentlich als eine „Form” bezeichnet.
[Patentdokument 1] JP-A-2015-096310
[Patentdokument 2] JP-A-2013-132879
[Patentdokument 3] JP-A-2013-132881
[Patentdokument 4] JP-A-H04-332604
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Beispielsweise enthält eine in Patentdokument 1 beschriebene Form einen ersten Formteil, der an einer stromaufwärts liegenden Seite in einer Extrusionsrichtung eines Ausgangsmaterials angeordnet ist, und einen zweiten Formteil, der auf einer stromabwärts liegenden Seite angeordnet ist. Der vorstehend genannte erste Formteil hat konvexe Bereiche, die von einem Umfang auf der stromabwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung vorspringen, und der vorstehend genannte zweite Formteil hat Durchgangslöcher, die mit den konvexen Bereichen zusammenpassen. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Form werden die konvexen Bereiche des ersten Formteils in die Durchgangslöcher des zweiten Formteils eingeführt, um den ersten Formteil und den zweiten Formteil zu einer Form zu kombinieren.
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Form besteht jedoch das Problem, dass Einschränkungen hinsichtlich der Konstruktion vorhanden sind, wenn die Form zum Formen eines Waben-Formkörpers verwendet wird, um eine Wabenstruktur mit zwei Arten von Wabenstrukturen zu bilden. Mit anderen Worten sind gewöhnlich in der Form zum Formen des Waben-Formkörpers „Gitterschlitze” auf der Seite einer Austrittsfläche für einen Knetwerkstoff eines Formsubstrats gebildet, die einer Wabenstruktur des Waben-Formkörpers entsprechen. Ferner sind in einer solchen Form Rückseitenlöcher als Ausgangsmaterialzulieferlöcher gebildet, die mit Kreuzungspunkten der Gitterschlitze in Verbindung stehen. In dem beschriebenen Patentdokument 1 ist es in Situationen, in welchen der erste Formteil von dem zweiten Formteil hinsichtlich der Form der jeweiligen Schlitze verschieden ist, schwierig, alle Rückseitenlöcher (d. h. erste Ausgangsmaterialzulieferlöcher) in dem ersten Formteil mit allen Rückseitenlöchern (d. h. zweiten Ausgangsmaterialzulieferlöchern) in dem zweiten Formteil in Übereinstimmung zu bringen. Wenn nicht alle Rückseitenlöcher miteinander übereinstimmen und wenn der erste Formteil und der zweite Formteil zu einem Stück kombiniert werden, ist die Bewegung des Knetwerkstoffs in der Form behindert und es wird schwierig, eine gleichförmige Extrusion durchzuführen. Folglich ist es in der in Patentdokument 1 beschriebenen Form erforderlich, die Formen der in dem ersten Formteil und dem zweiten Formteil jeweils gebildeten Schlitze so auszuwählen, dass die vorstehend genannte Bewegung des Knetwerkstoffs nicht behindert wird, und der Freiheitsgrad der Konstruktion ist sehr gering.
Die jeweils in den Patentdokumenten 2 und 3 beschriebenen Formen sind keine Formen zum Bilden eines Waben-Formkörpers mit zwei Arten von Wabenstrukturen, sondern sind Formen zum Zweck der Verbesserung der Wabenqualität nur in einem äußersten Umfangsteil. Ferner liegt bei den in den Patentdokumenten 2 und 3 beschriebenen Formen das Problem vor, dass diese Formen nicht mit der Bildung von verschiedenen Waben-Formkörpern kompatibel sind, bei welchen die Gestalt von zwei Arten von Wabenstrukturen und deren Bildungsbereiche über einen weiten Bereich variieren. Beispielsweise hat eine Wabenstruktur mit zwei Arten von Wabenstrukturen gelegentlich eine Begrenzungswand, die so angeordnet ist, dass sie die Wabenstruktur eines Mittelteils an einer Grenze zwischen der Wabenstruktur des Mittelteils und der Wabenstruktur eines Umfangsteils umgibt. Bei der Extrusion erfordert die Begrenzungswand eine große Menge Knetwerkstoff eines Form-Ausgangsmaterials im Vergleich zu den Trennwänden, die die Wabenstrukturen des Mittelteils und des Umfangsteils bilden. Wenn der Waben-Formkörper mit einer derartigen, vorstehend beschriebenen Begrenzungswand mit einer der in den Patentdokumenten 2 und 3 beschriebenen Formen gebildet wird, übersteigt der Bedarf die Zufuhr des Knetwerkstoffs zur Formung der Begrenzungswand und Formungsfehler können in der Begrenzungswand und ihrer Umgebung verursacht werden. Ferner wurden die in den Patentdokumenten 2 und 3 beschriebenen Formen jeweils zu dem Zweck entwickelt, die Wabenqualität nur im äußersten Umfangsteil zu verbessern, und somit besteht ein Problem hinsichtlich der Festigkeit eines Mantelbereichs. Wenn das Problem nur durch einfaches Vergrößern eines Formungsbereichs eines Mantelbereichs gelöst werden soll, besteht die Gefahr, dass der Mantelbereich verformt wird.
Eine in Patentdokument 4 beschriebene Form hat einen Aufbau, bei welchem benachbarte Formkörper mit Keilen festgezogen werden oder unter Nutzung des Pressdrucks miteinander in Eingriff gebracht werden, und somit besteht das Problem, dass die Druckwiderstandseigenschaften eines Knetwerkstoffs niedrig sind und dass die Form leicht brechen kann. Die in Patentdokument 4 beschriebene Form hat ferner das Problem, dass Positionsverschiebungen von Rückseitenlöchern leicht hervorgerufen werden können und dass die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Formungsfehlern besteht.
Andererseits hat der Waben-Formkörper mit zwei Arten von Wabenstrukturen gelegentlich eine Begrenzungswand, die die zwei Arten von Wabenstrukturen an einer Grenze zwischen einem Mittelteil des Waben-Formkörpers und seinem Umfangsteil begrenzt. Eine Menge an Knetwerkstoff, die für die Begrenzungswand während der Extrusion verbraucht wird, unterscheidet sich von der des Knetwerkstoffs, die für die um die Begrenzungswand zu bildenden Trennwände verbraucht wird. Folglich besteht bei dem Waben-Formkörper mit zwei Arten von Wabenstrukturen das Problem, dass die Bildung von Formungsfehlern insbesondere um die Begrenzungswand wahrscheinlich ist. Wenn beispielsweise die Art oder dergleichen des Knetwerkstoffs des Form-Rohmaterials bei der Durchführung der Extrusion geändert wird, variiert die Fließfähigkeit des Knetwerkstoffs. Daher ist bei der Form für die Extrusion des Waben-Formkörpers mit der Begrenzungswand die Vielseitigkeit stark eingeschränkt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Probleme entwickelt und es ist ihre Aufgabe, ein Wabenstruktur-Formwerkzeug bereitzustellen, welches in der Lage ist, einen Waben-Formkörper, der einen hinsichtlich der Wabenstruktur von einem Umfangsteil verschiedenen Mittelteil hat, mit hoher Qualität zu formen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das folgende Wabenstruktur-Formwerkzeug bereitgestellt.

[1] Ein Wabenstruktur-Formwerkzeug, enthaltend: eine erste Form, die an einer stromaufwärts liegenden Seite in einer Extrusionsrichtung eines Knetwerkstoffs eines Form-Ausgangsmaterials angeordnet ist und in welcher ein Mittelbereich auf der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einen konvexen Bereich hat, der zu einer stromabwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung hin vorspringt; und eine ringförmige zweite Form, die auf der stromabwärts liegenden Seite der ersten Form angeordnet ist und die eine zu dem konvexen Bereich komplementäre Form besitzt, wobei in dem Mittelbereich der ersten Form erste Knetwerkstoff-Einführlöcher und erste Gitterschlitze, die mit den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern in Verbindung stehen, gebildet sind, in einem den Mittelbereich der ersten Form umgebenden Umfangsbereich die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher so gebildet sind, dass sie durch den Umfangsbereich der ersten Form verlaufen, und in der ringförmigen zweiten Form zweite Knetwerkstoff-Einführlöcher gebildet sind, in welche der aus den ersten, in dem Umfangsbereich der ersten Form gebildeten Knetwerkstoff-Einführlöchern abgegebene Knetwerkstoff eingeführt wird, und zweite Gitterschlitze, die mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern in Verbindung stehen, wobei das Wabenstruktur-Formwerkzeug zwischen einer äußeren Umfangsfläche des konvexen Bereichs der ersten Form und einer inneren Umfangsfläche der ringförmigen zweiten Form einen Spaltbereich aufweist, um den Knetwerkstoff zu einer Ringform zu extrudieren, wobei das Wabenstruktur-Formwerkzeug ferner ein Netzelement enthält, das zwischen die erste Form und die zweite Form gesetzt ist, wobei die Bewegung des Knetwerkstoffs zwischen dem ersten Knetwerkstoff-Einführloch und dem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch durch die Maschen des Netzelements durchgeführt wird.
[2] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß dem vorstehenden Punkt [1], wobei eine Form der ersten Schlitze von einer Form der zweiten Schlitze verschieden ist.
[3] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß den vorstehenden Punkten [1] oder [2], wobei ein Durchmesser 1 eines linearen Materials, das das Netzelement bildet, von 0,030 bis 0,500 mm beträgt.
[4] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [3], wobei die Anzahl der Maschen pro Zentimeter des Netzelements von 3,9 bis 130 beträgt.
[5] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [4], enthaltend zwei oder mehr Netzelemente, wobei das zwischen die erste Form und die zweite Form eingesetzte Netzelement ersetzt ist, wobei ein Abstand zwischen der ersten Form und der zweiten Form in Extrusionsrichtung veränderbar ist.
[6] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [5], enthaltend zwei oder mehr Arten von zweiten Formen, die sich hinsichtlich der Form der zweiten Schlitze unterscheiden, wobei die zweiten Formen austauschbar sind.
[7] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [6], wobei ein Verhältnis einer Fläche des Mittelbereichs der ersten Form zu einer Fläche einer Stirnseite eines zu extrudierenden Waben-Formkörpers von 30 bis 70% beträgt.
[8] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [7], wobei eine Wabe umgebende Schlitze von den ersten Schlitzen und eine Wabe umgebende Schlitze von den zweiten Schlitzen in einander kreuzenden Richtungen verlaufen.
[9] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [8], wobei eine Anordnungsrichtung einer Wabenstruktur des Waben-Formkörpers, der durch die ersten Schlitze extrudiert werden soll, und eine Anordnungsrichtung einer Wabenstruktur des Waben-Formkörpers, der durch die zweiten Schlitze extrudiert werden soll, in einander kreuzenden Richtungen verlaufen.
[10] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [9], ferner enthaltend ein ringförmiges Raumgewinnungselement, das zwischen die erste Form und die zweite Form gesetzt ist, wobei das Netzelement in einem inneren Bereich des ringförmigen Raumgewinnungselements angeordnet ist.
[11] Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der vorstehenden Punkte [1] bis [10], wobei in der ersten Form der Mittelbereich hinsichtlich eines Öffnungsdurchmessers des ersten Knetwerkstoff-Einführlochs und eines Intervalls zwischen den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern gleich dem Umfangsbereich ist.

Ein Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine erste Form, in welcher ein Mittelbereich auf der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einen konvexen Bereich hat, der in einer Extrusionsrichtung eines Knetwerkstoffs zu einer stromabwärts liegenden Seite hin vorspringt, und eine ringförmige zweite Form, die eine zu dem konvexen Bereich der ersten Form komplementäre Form aufweist. Ferner enthält das Wabenstruktur-Formwerkzeug ein „Netzelement”, das zwischen die erste Form und die zweite Form gesetzt ist. Somit wird das Netzelement so angeordnet, dass die Maschen des Netzelements Durchgangskanäle bilden, in welchen die Bewegung eines Knetwerkstoffs zwischen einem ersten Knetwerkstoff-Einführloch und einem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch zwischen einer Oberfläche eines Umfangsbereichs der ersten Form auf der stromabwärts liegenden Seite und einer Oberfläche der zweiten Form auf einer stromaufwärts liegenden Seite durchgeführt wird.
Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, einen Waben-Formkörper, der einen hinsichtlich der Wabenstruktur von einem Umfangsteil verschiedenen Mittelteil hat, mit hoher Qualität zu formen. Mit anderen Worten stehen bei dem Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher durch die Maschen des Netzelements mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern in Verbindung. Folglich wird auch dann, wenn die Positionen der ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher der ersten Form nicht mit den Positionen der zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher der zweiten Form in Extrusionsrichtung übereinstimmen, die Bewegung des Knetwerkstoffs zwischen dem ersten Knetwerkstoff-Einführloch und dem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch über die Maschen des Netzelements durchgeführt. Insbesondere in einem Bereich, der von einem Bereich, in welchem die linearen Materialien des Netzelements übereinandergelegt sind, verschieden ist, wird die Bewegung des Knetwerkstoffs auch zwischen den Maschen des Netzelements durchgeführt und somit kann dann, wenn die Bewegung des Knetwerkstoffs durch die Maschen ausgeführt wird, eine Verteilung der Durchflussmenge des Knetwerkstoffs, der in die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher einzuführen ist, gleichmäßig gemacht werden. Daher ist das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine Menge des Knetwerkstoffs, der aus den zweiten Schlitzen der zweiten Form ausgestoßen wird, gleichmäßig zu machen, und den Waben-Formkörper in einer hohen Qualität zu formen.
Ferner ist es gemäß dem Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn in der Form beim Austauschen der Form oder beim Unterbrechen der Kolbenextrusion ein Gegendruck erzeugt wird, möglich, die Verformung der zweiten Form effektiv zu verhindern.
Ferner ist bei dem Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung das Netzelement ein Element, das von der ersten Form und der zweiten Form getrennt ist, und somit kann die Größe eines durch das Netzelement gebildeten Raums ohne weiteres geändert werden. Mit anderen Worten ist dann, wenn die Dicke des Netzelements geändert wird, ein Abstand des Raums in Extrusionsrichtung einstellbar. Ferner ist es durch Einstellen des Abstands des Raumes in der Extrusionsrichtung möglich, die Menge von Knetwerkstoff einzustellen, die in einen Spaltbereich einzuführen ist, um eine Begrenzungswand zu extrudieren. Wenn beispielsweise eine Art des Knetwerkstoffs geändert wird oder wenn die zweite Form durch eine andere zweite Form mit einer unterschiedlichen zweiten Schlitzform ersetzt wird, ist es möglich, die Menge an Knetwerkstoff, die in den vorstehend genannten Spaltbereich eingeführt werden soll, in geeigneter Weise einzustellen, und es ist möglich, den Waben-Formkörper mit hoher Qualität zu formen. Das Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hervorragende Vielseitigkeit auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die die Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer Ausführungsform eines Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
2 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Einführfläche des in 1 gezeigten Wabenstruktur-Formwerkzeugs;
3 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer ersten Form, die das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet;
4 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer zweiten Form, die das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet;
5 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Einführfläche der zweiten Form, die das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet;
6 ist eine Draufsicht eines Netzelements, das das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet;
7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie A-A' des in 1 gezeigten Wabenstruktur-Formwerkzeugs schematisch darstellt;
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines vergrößerten Teils von 7;
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem das Netzelement in dem in 8 gezeigten Wabenstruktur-Formwerkzeug ersetzt wird;
10 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Wabenstruktur schematisch darstellt, die mit dem Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
11 ist eine Draufsicht, die eine Einlassstirnseite der in 10 gezeigten Wabenstruktur schematisch darstellt;
12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie B-B' in 11 schematisch darstellt;
13 ist eine Draufsicht, die die Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer weiteren Ausführungsform des Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt; und
14 ist eine Draufsicht, die ein Netzelement und ein Raumgewinnungselement zur Verwendung in einer weiteren Ausführungsform des Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und dass Konstruktionsänderungen, Verbesserungen und dergleichen in geeigneter Weise auf der Grundlage des allgemeinen Fachwissens hinzugefügt werden können, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur-Formwerkzeug:
Eine Ausführungsform eines Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Hier ist 1 eine Draufsicht, die die Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche der einen Ausführungsform des Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. 2 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Einführfläche des in 1 gezeigten Wabenstruktur-Formwerkzeugs. 3 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer ersten Form, die das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet. 4 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer zweiten Form, die das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet. 5 ist eine Draufsicht der Seite einer Knetwerkstoff-Einführfläche der zweiten Form, die das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet. 6 ist eine Draufsicht eines Netzelements, das das in 1 gezeigte Wabenstruktur-Formwerkzeug bildet. 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie A-A' des in 1 gezeigten Wabenstruktur-Formwerkzeugs schematisch darstellt. 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines vergrößerten Teils von 7. Es sei angemerkt, dass in 3, 5 und 6 Flächen der ersten Form, der zweiten Form und des Netzelements jeweils schraffiert dargestellt sind.
Wie in den 1 bis 8 gezeigt, enthält ein Wabenstruktur-Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Form 10, eine zweite Form 20 und ein Netzelement 30. Die erste Form 10 ist an einer stromaufwärts liegenden Seite in einer Extrusionsrichtung X eines Knetwerkstoffs eines Form-Ausgangsmaterials angeordnet und ein Mittelbereich auf der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche 18 hat einen konvexen Bereich 16, der zu einer stromabwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung hin vorspringt. Die zweite Form 20 ist eine ringförmige Form, die auf der stromabwärts liegenden Seite der ersten Form 10 angeordnet ist und die eine zu dem konvexen Bereich 16 der ersten Form 10 komplementäre Form besitzt. Das Netzelement 30 ist zwischen die erste Form 10 und die zweite Form 20 gesetzt. Das Netzelement 30 wirkt als ein Abstandhalter, um einen Raum zwischen der Oberfläche (einer stromabwärts liegenden Oberfläche 14) eines Umfangsbereichs 17 der ersten Form 10 auf der stromabwärts liegenden Seite und der Oberfläche (einer stromaufwärts liegenden Oberfläche 24) der zweiten Form 20 auf einer stromaufwärts liegenden Seite zu bilden. Nachfolgend wird das Wabenstruktur-Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gelegentlich einfach als das „Formwerkzeug 100” bezeichnet. Die Extrusionsrichtung X des Knetwerkstoffs ist eine Extrusionsrichtung bei der Durchführung der Extrusion unter Verwendung des Formwerkzeugs 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die Richtung erstreckt sich von einer Knetwerkstoff-Einführfläche 19 zu der Knetwerkstoff-Austrittsfläche 18.
Gemäß dem Formwerkzeug 100 der vorliegenden Ausführungsform sind in dem Mittelbereich 15 der ersten Form 10 erste Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 und erste Gitterschlitze 11 gebildet, die mit den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern 12 in Verbindung stehen. Die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 sind koaxial mit Kreuzungspunkten der ersten Gitterschlitze 11 in der Extrusionsrichtung X gebildet. Mit anderen Worten kommunizieren die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 mit den Kreuzungspunkten der ersten Gitterschlitze 11. In dem den Mittelbereich 15 der ersten Form 10 umgebenden Umfangsbereich 17 sind die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 so gebildet, dass sie durch den Umfangsbereich 17 der ersten Form 10 verlaufen.
In der ringförmigen zweiten Form 20 sind zweite Knetwerkstoff-Einführlöcher 22, in welche der aus den ersten, in dem Umfangsbereich 17 der ersten Form 10 gebildeten Knetwerkstoff-Einführlöchern 12 austretende Knetwerkstoff eingeführt wird, und zweite Gitterschlitze 21, die mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern 22 in Verbindung stehen, gebildet. Die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 sind koaxial mit Kreuzungspunkten der zweiten Gitterschlitze 21 in der Extrusionsrichtung X gebildet. Mit anderen Worten kommunizieren die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 mit den Kreuzungspunkten der zweiten Gitterschlitze 21. Das Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so gebildet, dass die Positionen der Öffnung der ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 des Umfangsbereichs 17 der ersten Form zumindest in einem Teil des Formwerkzeugs nicht mit den Positionen der Öffnungen der zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 der zweiten Form 20 übereinstimmen.
In dem Formwerkzeug 100 der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Form 10 und die zweite Form 20 so kombiniert, dass sie das Netzelement 30 zwischen sich sandwichartig einschließen. Nachfolgend wird eine Stirnfläche des Umfangsbereichs 17 der ersten Form 10 auf der stromabwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung X als die „stromabwärts liegende Oberfläche 14 in dem Umfangsbereich 17 der ersten Form 10” bezeichnet und wird eine Stirnfläche der ringförmigen zweiten Form 20 auf der stromaufwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung X gelegentlich als die „stromaufwärts liegende Oberfläche 24 der zweiten Form 20” bezeichnet. Wenn ferner einfach die stromaufwärts liegende Seite erwähnt wird, ist die stromaufwärts liegende Seite in der Extrusionsrichtung X gemeint, und wenn einfach die stromabwärts liegende Seite erwähnt wird, ist die stromabwärts liegende Seite in der Extrusionsrichtung X gemeint.
Das Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Erfindung hat Durchgangskanäle 31, die durch Maschen des Netzelements 30 gebildet sind und durch welche sich der Knetwerkstoff zwischen dem ersten Knetwerkstoff-Einführloch 12 und dem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch 22 zwischen der stromabwärts liegenden Oberfläche 14 in dem Umfangsbereich 17 der ersten Form 10 und der stromaufwärts liegenden Oberfläche 24 der zweiten Form 20 bewegt. In den 6 bis 8 bezeichnet Bezugszeichen 33 ein lineares Material 33, welches das Netzelement 30 bildet. Wie 6 zeigt, hat ein Mittelbereich des Netzelements 30 einen Hohlraumbereich 36, der durch Ausschneiden eines dem konvexen Bereich 16 der ersten Form 10 entsprechenden Bereichs in runder Form erhalten wird.
Das Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat zwischen einer äußeren Umfangsfläche des konvexen Bereichs 16 der ersten Form 10 und einer inneren Umfangsfläche der ringförmigen zweiten Form 20 einen Spaltbereich 55, um den Knetwerkstoff zu einer Ringform zu extrudieren. Mit anderen Worten ist bei dem Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Hohlraumbereich 26 in einem Mittelbereich 25 der zweiten Form 20 so geformt, dass er geringfügig größer als ein Umfangsrand des konvexen Bereichs 16 der ersten Form 10 ist. Gemäß diesem Aufbau wird dann, wenn die erste Form mit der zweiten Form kombiniert wird, wobei der konvexe Bereich 16 der ersten Form 10 in den Hohlraumbereich 26 der ringförmigen zweiten Form 20 eingesetzt wird, der ringförmige Spaltbereich 55 zwischen dem konvexen Bereich 16 der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 gebildet. Der ringförmige Spaltbereich 55 hat die Funktion eines Spaltbereichs 55 zum Bilden einer Begrenzungswand eines Waben-Formkörpers. In der vorliegenden Erfindung bedeutet „die ringförmige zweite Form, die eine zu dem konvexen Bereich 16 der ersten Form 10 komplementäre Form besitzt eine ringförmige Form, die den Hohlraumbereich 26 hat, der geringfügig größer als der konvexe Bereich 16 der ersten Form 10 ist.
In dem Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Stirnfläche der ersten Form 10 auf der stromaufwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung X die Knetwerkstoff-Einführfläche 19 des gesamten Formwerkzeugs 100. Daher wird während der Extrusion der Knetwerkstoff des Form-Ausgangsmaterials anfänglich in die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 eingeführt, die sich in der Knetwerkstoff-Einführfläche 19 der ersten Form 10 öffnen. Der in die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 des Mittelbereichs 15 der ersten Form 10 eingeführte Knetwerkstoff bewegt sich zu den mit den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern 12 in Verbindung stehenden ersten Gitterschlitzen 11 und wird als ein einer Form der ersten Schlitze 11 entsprechender Formkörper aus der Knetwerkstoff-Austrittsfläche 18 der ersten Form ausgestoßen. Andererseits wird der in die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 des Umfangsbereichs 17 der ersten Form 10 eingeführte Knetwerkstoff auf der Seite einer stromabwärts liegenden Oberfläche 14 der ersten Form 10 ausgestoßen und durch die Maschen des Netzelements 30 in die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 der zweiten Form 20 eingeführt. Folglich wird auch dann, wenn die Positionen der ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 der ersten Form 10 nicht mit den Positionen der zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 der zweiten Form 20 übereinstimmen, die Bewegung des Knetwerkstoffs zwischen dem ersten Knetwerkstoff-Einführloch 12 und dem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch 22 in geeigneter Weise durchgeführt. Das Netzelement 30 wird beispielsweise gebildet, indem die linearen Materialien 33, die sich in seitlicher Richtung erstrecken, mit den linearen Materialien 33, die sich in einer senkrechten Richtung erstrecken, verwoben werden, und somit wird in einem Bereich, der von dem Bereich, in dem die verwobenen linearen Materialien 33 übereinandergelegt sind, verschieden ist, die Bewegung des Knetwerkstoffs auch durch die Maschen des Netzelements 30 durchgeführt. Wenn sich folglich der Knetwerkstoff durch die Maschen des Netzelements 30 bewegt, ist es möglich, die Verteilung der Durchflussmenge des Knetwerkstoffs, der in die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 eingeführt werden soll, gleichmäßig zu machen. Der in die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher 22 der zweiten Form 20 eingeführte Knetwerkstoff bewegt sich zu den mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern 22 in Verbindung stehenden zweiten Gitterschlitzen 21 und wird als ein einer Form der zweiten Schlitze 21 entsprechender Formkörper aus der Knetwerkstoff-Austrittsfläche 28 der zweiten Form ausgestoßen. Daher ist das Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, eine Menge des Knetwerkstoffs, der aus den zweiten Schlitzen 21 der zweiten Form 20 ausgestoßen wird, gleichmäßig zu machen, und den Waben-Formkörper in einer hohen Qualität zu formen. Ferner stehen die von den Maschen des Netzelements 30 gebildeten Durchgangskanäle 31 auch mit dem Spaltbereich 55 in Verbindung, um den Knetwerkstoff in eine Ringform zu extrudieren, und somit wird der in die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher 12 des Umfangsbereichs 17 der ersten Form 10 eingeführte Knetwerkstoff auch in den Spaltbereich 55 durch die Maschen des Netzelements 30 eingeführt. Damit ist es auch möglich, eine Durchflussmengenverteilung des in den Spaltbereich 55 einzuführenden Knetwerkstoffs gleichmäßiger zu machen, und es ist auch möglich, die Erzeugung von Formungsfehlern um die Begrenzungswand des zu extrudierenden Waben-Formkörpers besonders wirksam zu unterbinden. Folglich ist das Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, den Waben-Formkörper, der einen von einem Umfangsteil hinsichtlich der Wabenstruktur verschiedenen Mittelteil aufweist und der die Begrenzungswand an einer Grenze zwischen dem Mittelteil und dem Umfangsteil hat, mit hoher Qualität zu formen.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die „Wabenstruktur” eine Struktur einer Wabenstruktur, die in Übereinstimmung mit einer Trennwanddicke, einer Wabendichte und einer Wabenform ausgerichtet ist. Ferner bedeutet die „Form der Schlitze” die Gestalt der Schlitze, die gemäß einer Breite, einer Tiefe und einer Länge jedes in der Form gebildeten Schlitzes und einer Konfiguration der wechselseitigen Verbindung der Schlitze ausgerichtet ist.
Wenn ferner ein Raum zwischen der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 vorgesehen werden soll, ohne das Netzelement 30 zwischen die erste Form 10 und die zweite Form 20 einzusetzen, wird die zweite Form in einen einer einseitigen Aufhängung ähnlichen Zustand gebracht. Wenn somit die zweite Form in den einer einseitigen Aufhängung ähnlichen Zustand kommt und wenn ein Gegendruck in dem Formwerkzeug 100 beim Austauschen der Form oder beim Stoppen der Kolbenextrusion erzeugt wird, könnte die zweite Form 20 verformt werden. In dem Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Netzelement 30 zwischen die erste Form 10 und die zweite Form 20 gesetzt und somit kann der in der zweiten Form 20 erzeugte Gegendruck von dem Netzelement 30 aufgenommen werden, sodass der Gegendruck verteilt wird.
Ferner können, obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, gemäß dem Formwerkzeug der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Arten von zweiten Formen, die hinsichtlich der Form der zweiten Schlitze unterschiedlich sind, getrennt hergestellt werden, und die zweite Form ist zur Verwendung in Übereinstimmung mit der Wabenstruktur des zu formenden Waben-Formkörpers austauschbar. Die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher der zweiten Form sind koaxial mit den Kreuzungspunkten der zweiten Gitterschlitze in Extrusionsrichtung gebildet und somit variieren die jeweiligen Öffnungspositionen der zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher in der stromaufwärts liegenden Fläche der zweiten Form in Übereinstimmung mit der Form der zweiten Schlitze der zweiten Form. Auch wenn eine zweite Form verwendet wird, die eine unterschiedliche Form der zweiten Schlitze hat, kann eine gleichmäßige Extrusion in dem Mittelbereich und dem Umfangsbereich stets erreicht werden, ohne dass die Bewegung des Knetwerkstoffs in der Form behindert wird, da das Netzelement zwischen die erste Form und die zweite Form gesetzt ist.
Ferner ist in dem Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Netzelement 30 ein von der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 getrenntes Element, so dass dann, wenn das Netzelement 30 ausgetauscht wird, die Dicke des Netzelements 30, die Größe der Maschen oder dergleichen ohne weiteres geändert werden kann. Wenn beispielsweise die Dicke des Netzelements 30 in Extrusionsrichtung X geändert wird, ist ein Abstand zwischen der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 in der Extrusionsrichtung X einstellbar. Dann wird der vorstehend genannte Abstand in der Extrusionsrichtung X eingestellt, wodurch eine Menge des in den Spaltbereich 55 einzuführenden Knetwerkstoffs eingestellt werden kann. Beispielsweise ist der Abstand zwischen der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 in der Extrusionsrichtung X einstellbar, indem das in 9 gezeigte Netzelement 30A verwendet wird. Das in 9 gezeigte Netzelement 30A ist das Netzelement 30A, das unter Verwendung eines linearen Materials 33A gebildet wird, das einen größeren Durchmesser als das lineare Material 33 des in 8 gezeigten Netzelements 30 hat. Dabei ist 9 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem das Netzelement in dem in 8 gezeigten Wabenstruktur-Formwerkzeug ersetzt wird. In dem in 9 gezeigten Formwerkzeug 100 sind Bestandteile, die dem in 8 gezeigten Formwerkzeug 100 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen wie in 8 bezeichnet und auf ihre Beschreibung wird gelegentlich verzichtet. In 9 bezeichnet Bezugszeichen 31A von den Maschen des Netzelements 30A gebildete Durchgangskanäle.
Wenn beispielsweise die Art des Knetwerkstoffs des Form-Ausgangsmaterials während der Verwendung des in 8 gezeigten Formwerkzeugs geändert wird, variiert die Fließfähigkeit des Knetwerkstoffs und die Durchflussmengenverteilung des in den Spaltbereich 55 einzuführenden Knetwerkstoffs könnte variieren. Wenn folglich die Art des Knetwerkstoffs geändert wird, könnte das Gleichgewicht des Verbrauchs von Knetwerkstoff zwischen den zweiten Schlitzen 21 und dem Spaltbereich 55 verloren gehen. Ferner variiert auch dann, wenn die zweite Form 20 durch eine andere zweite Form (nicht dargestellt) mit einer unterschiedlichen Form der zweiten Schlitze ersetzt wird, die Menge des von den zweiten Schlitzen 21 der zweiten Form 20 auszustoßenden Knetwerkstoffs und das Gleichgewicht des Verbrauchs des Knetwerkstoffs zwischen den zweiten Schlitzen 21 und dem Spaltbereich 55 könnte verloren gehen. Wenn das Gleichgewicht des Verbrauchs des Knetwerkstoffs zwischen den zweiten Schlitzen 21 und dem Spaltbereich 55 verloren geht, wird die Dicke des Netzelements 30 eingestellt und die Menge des in den Spaltbereich 55 einzuführenden Knetwerkstoffs wird eingestellt, wodurch es möglich ist, die Erzeugung von Formungsfehlern um die Begrenzungswand des Waben-Formkörpers effektiv zu unterbinden. Ferner kann neben dem Einstellen der Dicke des Netzelements 30 beispielsweise auch durch Einstellen der Größe der Maschen des Netzelements 30 die Menge des in den Spaltbereich 55 einzuführenden Knetwerkstoffs eingestellt werden. In dem Formwerkzeug 100 der vorliegenden Ausführungsform wird auch dann, wenn die Veränderung der Art des Knetwerkstoffs, das Ersetzen der zweiten Form und dergleichen durchgeführt werden, die Dicke des Netzelements 30 oder die Größe der Maschen eingestellt, wodurch die Durchflussmengenverteilung des Knetwerkstoffs in dem Formwerkzeug 100 in geeigneter Weise einstellbar ist. Daher hat das Formwerkzeug 100 der vorliegenden Ausführungsform nicht nur den Effekt, dass die zweite Form austauschbar ist, sondern auch den besonders außergewöhnlichen Effekt, dass die Form eine außerordentlich hervorragende Vielseitigkeit hat.
Hier wird die von dem Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Wabenstruktur beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Wabenstruktur schematisch darstellt, die mit dem Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. 11 ist eine Draufsicht, die eine Einlassstirnseite der in 10 gezeigten Wabenstruktur schematisch darstellt. 12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie B-B' in 11 schematisch darstellt.
Eine in 10 bis 12 gezeigte Wabenstruktur 200 umfasst einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 204 mit porösen Trennwänden 201 und einer Umfangswand 203, die einen Umfang der Trennwände 201 umgebend angeordnet ist. Die Trennwände 201 des Wabenstrukturkörpers 204 bilden eine Vielzahl von Waben 202, die sich von einer Einlassstirnfläche 211 zu einer Auslassstirnfläche 212 erstrecken und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden. Ferner hat der Wabenstrukturkörper 204 eine mittige Wabenstruktur 215, eine Umfangs-Wabenstruktur 216 und eine Begrenzungswand 208, die in einem Grenzbereich zwischen der Umfangs-Wabenstruktur 216 und der mittigen Wabenstruktur 215 angeordnet ist. In dem Wabenstrukturkörper 204 sind die mittige Wabenstruktur 215 und die Umfangs-Wabenstruktur 216 unterschiedliche Wabenstrukturen.
Hier ist die mittige Wabenstruktur 215 eine Wabenstruktur, die durch eine Vielzahl von Waben 202a gebildet ist, die in einem Mittelteil des Wabenstrukturkörpers 204 in einer Ebene des Wabenstrukturkörpers 204 gebildet sind, die zu einer Verlaufsrichtung der Waben 202 senkrecht ist. Die Umfangs-Wabenstruktur 216 ist eine Wabenstruktur, die durch eine Vielzahl von Waben 202b gebildet ist, die in der vorstehend beschriebenen Ebene näher an einem Umfang des Wabenstrukturkörpers 204 als an einem Mittelteil des Wabenstrukturkörpers 204 gebildet ist.
Die ”Wabenstruktur” ist eine durch eine Gruppe von Wiederholungseinheiten gebildete Struktur und eine Wiederholungseinheit entspricht einer Wabe 202, die durch die Trennwände 201 gebildet ist, oder einer Kombination einer Vielzahl von Waben 202 in der zur Verlaufsrichtung der Waben 202 senkrechten Ebene. Wenn beispielsweise die Waben mit derselben Form in der vorstehend genannten Ebene regelmäßig angeordnet sind, wird ein Bereich, in welchem Waben mit derselben Form vorhanden sind, eine Wabenstruktur. Wenn ferner eine Kombination einer Vielzahl von Waben, die eine unterschiedliche Wabenform haben, eine Wiederholungseinheit bildet, bildet ein Bereich, in welchem die Wiederholungseinheit vorhanden ist, eine Wabenstruktur.
Wenn beschrieben wird, dass zwei Wabenstrukturen „unterschiedliche Wabenstrukturen” sind, heißt dies, dass im Fall eines Vergleichs der beiden Wabenstrukturen die Strukturen sich hinsichtlich entweder der Trennwanddicke, der Wabendichte oder der Wabenform unterscheiden. Wenn hier die „Strukturen hinsichtlich der Trennwanddicke verschieden sind”, bedeutet dies, dass im Fall des Vergleichs der Trennwanddicken der beiden Wabenstrukturen ein Unterschied von 25 μm oder mehr besteht. Wenn ferner die „Strukturen hinsichtlich der Wabendichte verschieden sind”, bedeutet dies, dass im Fall des Vergleichs der Wabendichten von zwei Wabenstrukturen ein Unterschied von 7 Waben/cm² oder mehr besteht.
Das Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in geeigneter Weise zur Formung eines Waben-Formkörpers zur Herstellung der in den 10 bis 12 gezeigten Wabenstruktur 200 verwendet werden. Nachfolgend wird eine geeignetere Konfiguration des Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Bei dem Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Form der ersten Schlitze 11 sich von der Form der zweiten Schlitze 21 unterscheidet, wie in den 1 bis 8 gezeigt. Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Form der ersten Schlitze 11 und der Form der zweiten Schlitze 21, und die Formen können in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit der Wabenstruktur des zu formenden Waben-Formkörpers gewählt werden. Ferner kann das Formwerkzeug zwei oder mehr Arten von zweiten Formen 20 enthalten, die hinsichtlich der Form der zweiten Schlitze 21 verschieden sind, und kann so aufgebaut sein, dass die zweite Form 20 austauschbar ist. Ferner kann das Formwerkzeug zwei oder mehr Arten von ersten Formen 10 enthalten, die hinsichtlich der Form der ersten Schlitze 11 verschieden sind, und kann so aufgebaut sein, dass die erste Form 10 austauschbar ist.
Ein Beispiel des Netzelements 30 ist ein Netzelement, das durch Verweben einer Vielzahl von linearen Materialien 33 gebildet wird. Das Netzelement 30 kann jedoch auch lediglich durch Maschen gebildet sein, so dass die Dicke eines Bereichs, wo die Maschen einander kreuzen, groß ist, und ein anderer Bereich dünner als dieser Kreuzungsbereich ist. Ein weiteres Beispiel des Netzelements 30 kann ein Maschenelement sein, das aus einer Vielzahl von linearen Materialien 33 aufgebaut ist, die vorab durch Formung oder dergleichen monolithisch gebildet werden. Es sei angemerkt, dass als ein Ersatz für das Netzelement ein perforiertes Element verwendet werden kann, wie beispielsweise eine Stanzplatte, die ein plattenförmiges Element umfasst, in welchem eine Vielzahl von Löchern hergestellt sind. Bei diesem perforierten Element sind jedoch die jeweiligen Löcher getrennt gebildet und somit kann sich der Knetwerkstoff nur schwer in der Vielzahl der Löcher bewegen. Folglich ist es im Vergleich zu dem Netzelement 30 des Formwerkzeugs 100 der vorliegenden Ausführungsform schwierig, mit dem perforierten Element, beispielsweise der Stanzplatte oder dergleichen, den Effekt zu erzielen, die Durchflussmengenverteilung des Knetwerkstoffs gleichmäßig zu machen.
Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Durchmessers des linearen Materials 33, das das Netzelement 30 bildet, und beispielsweise ist es bevorzugt, dass der Durchmesser von 0,030 bis 0,500 mm beträgt. Wenn der Durchmesser des linearen Materials 33 kleiner ist als 0,030 mm, ist die Dicke des Netzelements 30 übermäßig klein und es könnte schwierig sein, die Durchflussmengenverteilung des Knetwerkstoffs gleichmäßig zu machen. Ferner könnte das lineare Material 33 dünn sein und die Festigkeit des Netzelements 30 könnte sich verschlechtern. Wenn der Durchmesser des linearen Materials 33 0,500 mm übersteigt, sind die Maschen für die Knetwerkstoff-Einführlöcher übermäßig groß, so dass daher ein Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Einführlöchern entstehen könnte und die Formungseigenschaften nachteilhaft verschlechtert werden könnten. Es sei angemerkt, dass die Dicke des Netzelements 30 gewöhnlich einen Wert hat, der das Doppelte des vorstehend genannten Durchmessers des linearen Materials 33 beträgt.
Die Größe der Maschen des Netzelements 30 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Maschen pro Zentimeter von 3,9 bis 130 beträgt. Wenn die Anzahl der Maschen pro Zentimeter kleiner als 3,9 ist, verschlechtert sich die Festigkeit des Netzelements 30, und das Netzelement 30 kann leicht verformt werden. Insbesondere wenn der Durchmesser des linearen Materials 33 klein ist, wird das Netzelement 30 deutlicher verformt. Wenn andererseits die Anzahl der Maschen pro Zentimeter 130 übersteigt, werden die Maschen des Netzelements 30 übermäßig dicht und der Widerstand während des Durchtritts des Knetwerkstoffs kann zunehmen. Ferner ist mit zunehmender Anzahl der Maschen pro Zentimeter der Durchmesser des verwendbaren linearen Materials 33 beschränkt und ein oberer Grenzwert der Dicke des Netzelements 30 könnte eingeschränkt sein.
Das Formwerkzeug 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zwei oder mehr Netzelemente 30 enthalten. Beispielsweise können, wie in 8 und 9 gezeigt, zwei oder mehr Netzelemente 30 und 30A mit unterschiedlicher Dicke vorab hergestellt werden. Des Weiteren kann das Netzelement, bei welchem der Abstand zwischen der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 in der Extrusionsrichtung X optimal ist, aus den zwei oder mehr Netzelementen 30 und 30A gemäß den Formungsbedingungen während der Extrusion in geeigneter Weise zur Verwendung ausgewählt werden. Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, können die zwei oder mehr Netzelemente hinsichtlich der Anzahl der Maschen pro Zentimeter, d. h. der Größe der Maschen verschieden sein.
Ein Verhältnis einer Fläche des Mittelbereichs 15 der ersten Form 10 zu einer Fläche einer Stirnfläche des zu extrudierenden Waben-Formkörpers kann in Übereinstimmung mit den Wabenstrukturen des Mittelteils und des Umfangsteils des zu formenden Waben-Formkörpers in geeigneter Weise ermittelt werden (siehe beispielsweise 10 bis 12). Es sei angemerkt, dass in dem Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform das vorstehende Verhältnis vorzugsweise von 30 bis 70% und besonders bevorzugt von 40 bis 60% ist.
Wie vorstehend beschrieben ist in dem Formwerkzeug 100 der Hohlraumbereich 26 in dem Mittelbereich 25 der zweiten Form 20 so gebildet, dass er geringfügig größer als der Umfangsrand des konvexen Bereichs 16 der ersten Form 10 ist, und der ringförmige Spaltbereich 55 ist zwischen dem konvexen Bereich 16 der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 gebildet. Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich eines Abstands zwischen den vorstehend erwähnten ringförmigen Spaltbereichen 55, und der Abstand kann in Übereinstimmung mit einer Dicke der zu bildenden Begrenzungswand des Waben-Formkörpers in geeigneter Weise gewählt werden. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass der Abstand zwischen den ringförmigen Spaltbereichen 55 von 0,04 bis 0,50 mm beträgt.
Bei der ersten Form 10 ist es bevorzugt, dass der Mittelbereich 15 hinsichtlich des Öffnungsdurchmessers des ersten Knetwerkstoff-Einführlochs 12 und eines Abstands zwischen den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern 12 gleich dem Umfangsbereich 17 ist. Gemäß einem derartigen Aufbau ist es beispielsweise möglich, die erste Form 10 ohne weiteres kostengünstig herzustellen.
Des Weiteren können in dem Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Wabe umgebende Schlitze von den ersten Schlitzen und eine Wabe umgebende Schlitze von den zweiten Schlitzen in einander kreuzenden Richtungen verlaufen. Hier bedeutet die „Wabe” einen von Trennwänden in dem zu formenden Waben-Formkörper begrenzten Raum. Beispielsweise wird ein in 13 gezeigtes Formwerkzeug in einem Zustand hergestellt, in welchem die ersten Schlitze 11 der ersten Form 10 bis 45° gegenüber dem in 1 gezeigten Formwerkzeug im Uhrzeigersinn gedreht sind. Folglich haben in dem Formwerkzeug 300 eine Wabe umgebende Schlitze von den ersten Schlitzen 11 und eine Wabe umgebende Schlitze von den zweiten Schlitzen 21 keine parallele Positionsbeziehung. In dem Formwerkzeug der vorliegenden Ausführungsform ist es auch dann, wenn die die jeweiligen Waben umgebenen Schlitze sich bei den ersten Schlitzen und den zweiten Schlitzen wie vorstehend beschrieben kreuzen, möglich, die Durchflussmengenverteilung des Knetwerkstoffs gleichmäßig zu machen. Daher ist es möglich, die Menge des Knetwerkstoffs, der aus den zweiten Schlitzen der zweiten Form ausgestoßen wird, gleichmäßig zu machen, und es ist möglich, den Waben-Formkörper in einer hohen Qualität zu formen.
In dem Formwerkzeug 100 der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, eine Anordnungsrichtung der Wabenstruktur des Waben-Formkörpers, der durch die ersten Schlitze 11 extrudiert werden soll, parallel zu einer Anordnungsrichtung der Wabenstruktur des Waben-Formkörpers, der durch die zweiten Schlitze 21 extrudiert werden soll. Mit anderen Worten ist eine Verlaufsrichtung der ersten Schlitze 11 der ersten Form 10 parallel zu einer Verlaufsrichtung der zweiten Schlitze 21 der zweiten Form 20. Wie in dem in 13 gezeigten Formwerkzeug 300 können jedoch die Anordnungsrichtung der Wabenstruktur des durch die ersten Schlitze 11 zu extrudierenden Waben-Formkörpers und die Anordnungsrichtung der Wabenstruktur des durch die zweiten Schlitze 21 zu extrudierenden Waben-Formkörpers in einander kreuzenden Richtungen verlaufen. 13 ist eine Draufsicht, die die Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einer weiteren Ausführungsform des Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. In dem in 13 gezeigten Formwerkzeug 300 sind Bestandteile, die denjenigen des in 1 gezeigten Formwerkzeugs 100 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre Beschreibung wird gelegentlich verzichtet.
Das in 13 gezeigte Formwerkzeug 300 enthält ebenfalls ein Netzelement 30 (siehe 8) zwischen einer ersten Form 10 und einer zweiten Form 20. Folglich ist es auch dann, wenn wie in dem in 13 gezeigten Formwerkzeug 300 eine Verlaufsrichtung der ersten Schlitze 11 der ersten Form 10 und eine Verlaufsrichtung der zweiten Schlitze 21 der zweiten Form 20 einander schneiden, möglich, die Durchflussmengenverteilung des Knetwerkstoffs gleichmäßig zu machen. Daher ist es möglich, die Menge des Knetwerkstoffs, der aus den zweiten Schlitzen 21 der zweiten Form 20 ausgestoßen wird, gleichmäßig zu machen, und es ist möglich, den Waben-Formkörper in einer hohen Qualität zu formen.
Ferner wird das in 13 gezeigte Formwerkzeug 300 vorab vorbereitet, sodass die ersten Schlitze 11 der ersten Form 10 im Uhrzeigersinn bis 45° gedreht sind. Das in 1 gezeigte Formwerkzeug 100 kann jedoch verwendet werden, indem die erste Form 10 im Uhrzeigersinn bis 45° gedreht wird. Auch wenn die erste Form 10 des in 1 gezeigten Formwerkzeugs 100 bis 45° im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird die Bewegung des Knetwerkstoffs in dem Formwerkzeug 100 nicht behindert, da das Netzelement 30 zwischen der ersten Form 10 und der zweiten Form 20 vorhanden ist, wie in den 7 und 8 gezeigt. Ein herkömmliches Formwerkzeug, welches das Netzelement 30 nicht enthält, ist so konstruiert, dass beispielsweise die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher der ersten Form mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern der zweiten Form in der Extrusionsrichtung des Knetwerkstoffs übereinstimmen. Wenn folglich nur die erste Form im Betrieb gedreht wird, könnte die Bewegung des Knetwerkstoffs in der Form behindert werden.
In dem in 1 bis 8 gezeigten Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestehen keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Dicke der ersten Form 10, einer Vorsprungshöhe des konvexen Bereichs 16 der ersten Form 10 und einer Dicke der zweiten Form 20. Es ist bevorzugt, dass die Dicke der ersten Form 10 von 10 bis 50 mm beträgt. Es ist bevorzugt, dass die Vorsprungshöhe des konvexen Bereichs 16 der ersten Form 10 von 10 bis 30 mm beträgt. Es ist bevorzugt, dass die Dicke der zweiten Form 20 von 10 bis 30 mm beträgt. Es sei angemerkt, dass die Vorsprungshöhe des konvexen Bereichs 16 der ersten Form 10 gleich der Dicke der zweiten Form 20 oder von dieser verschieden sein kann. Wenn beispielsweise der konvexe Bereich 16 der ersten Form 10 in den Hohlraumbereich 26 der ringförmigen zweiten Form 20 eingesetzt wird, kann eine Position der Knetwerkstoff-Austrittsfläche 18 der ersten Form 10 mit einer Position der Knetwerkstoff-Austrittsfläche 28 der zweiten Form 20 übereinstimmen, muss aber nicht mit dieser übereinstimmen.
Ferner kann das Formwerkzeug gemäß vorliegender Erfindung ein ringförmiges Raumgewinnungselement 40 wie in 14 gezeigt aufweisen. 14 ist hier eine Draufsicht, die ein Netzelement und das Raumgewinnungselement zur Verwendung in einer weiteren Ausführungsform des Wabenstruktur-Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. In dem Raumgewinnungselement 40 ist ein Mittelbereich eines Substrats 43 zu einer runden Form ausgeschnitten, sodass ein Raum 41 im Mittelbereich des Raumgewinnungselements 40 gebildet ist. Das Raumgewinnungselement 40 ist im Betrieb zwischen eine erste Form 10 (siehe 8) und eine zweite Form 20 (siehe 8) eingesetzt. Daher wirkt das Raumgewinnungselement 40 als ein Abstandhalter, um einen Raum zwischen einer Oberfläche (einer stromabwärts liegenden Oberfläche) in einem Umfangsbereich der ersten Form auf der stromabwärts liegenden Seite und der Oberfläche (einer stromaufwärts liegenden Oberfläche) der zweiten Form auf einer stromaufwärts liegenden Seite zu bilden. In einem inneren Bereich des Raumgewinnungselements 40, d. h. in dem in dem Substrat 43 gebildeten Raum, ist vorzugsweise ein bereits beschriebenes Netzelement 30 eingesetzt. Das in 14 gezeigten Netzelement 30 hat beispielsweise eine Toroidform, bei welcher ein Umfangsbereich des in 6 gezeigten Netzelements in einer runden Form angepasst ist. In 14 ist das toroidförmige Netzelement 30 in dem Raum 41 des Raumgewinnungselements 40 aufgenommen und sowohl das Netzelement 30 als auch das Raumgewinnungselement 40 sind zwischen die erste Form 10 (siehe 8) und die zweite Form 20 (siehe 8) eingesetzt.
Somit enthält das Wabenstruktur-Formwerkzeug ferner das in 14 gezeigte Raumgewinnungselement 40, wodurch es während der Extrusion möglich wird, auf das Netzelement 30 wirkende Druckbelastungen zu entspannen, und es möglich ist, eine Verformung oder Beschädigung des Netzelements 30 effektiv zu unterbinden. Vorzugsweise ist das in 14 gezeigte Netzelement 30 ähnlich dem in 6 gezeigten Netzelement 30 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Netzelement die Toroidform hat, bei welcher der Umfangsbereich des in 6 gezeigten Netzelements 30 an eine runde Form angeglichen ist. In dem in 14 gezeigten Netzelement 30 sind Bestandteile, die denjenigen des in 6 gezeigten Netzelements 30 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Ein Beispiel eines Werkstoffs eines ersten Formsubstrats 13, das die erste Form 10 bildet, und eines zweiten Formsubstrats 23, das die zweite Form 20 bildet, ist ein Metall oder eine Legierung, die gewöhnlich als ein Werkstoff eines Wabenstruktur-Formwerkzeugs verwendet werden. Nachfolgend werden das erste Formsubstrat und das zweite Formsubstrat allgemein einfach gelegentlich als das „Formsubstrat bezeichnet. Ein Beispiel des Werkstoffs des Formsubstrats ist ein Metall oder eine Legierung, die mindestens ein Metall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen (Fe), Titan (Ti), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Aluminium (Al).
Ein Beispiel der Legierung zur Verwendung als Werkstoff für das Formsubstrat ist eine rostfreie Legierung, genauer ausgedrückt SUS630. Diese rostfreie Legierung ist ein preiswertes Material, das vergleichsweise leicht zu verarbeiten ist. Ein weiteres Beispiel der das Formsubstrat bildenden Legierung ist ein Sinterhartmetall auf Wolframcarbidbasis, das eine hervorragende Verschleißfestigkeit besitzt. Durch Verwendung des aus einem Sinterhartmetall auf Wolframcarbidbasis oder dergleichen hergestellten Formsubstrats ist es möglich, ein Wabenstruktur-Formwerkzeug herzustellen, bei dem die Schlitze weniger Verschleiß unterliegen.
Es besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich eines Werkstoffs des Netzelements 30, aber ein Beispiel für den Werkstoff ist eine beliebige Art von Metall oder Legierung.
Es besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des Formwerkzeugs der vorliegenden Ausführungsform. Beispielsweise kann das Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemäß einem bereits bekannten Formherstellungsverfahren hergestellt werden.
Die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher und die zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher können unter Verwendung von bekannten spanenden Bearbeitungsverfahren gebildet werden, wie zum Beispiel Bohrbearbeitung, Entladungsbearbeitung, elektrolytische Bearbeitung oder Laserbearbeitung des ersten Formsubstrats und des zweiten Formsubstrats.
Die ersten Schlitze und die zweiten Schlitze können unter Verwendung von bekannten spanenden Bearbeitungsverfahren gebildet werden, wie zum Beispiel Schleifbearbeitung, Entladungsbearbeitung, elektrolytische Bearbeitung oder Laserbearbeitung des ersten Formsubstrats und des zweiten Formsubstrats.
Der konvexe Bereich, der den Mittelbereich der ersten Form bildet, kann durch Schleifbearbeitung, Entladungsbearbeitung oder Verbinden von zwei Elementen gebildet werden.
Das Netzelement kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein Drahtnetz hergestellt wird, das durch Verweben einer Vielzahl von linearen Materialien gebildet wird, und ein Loch in einem mittleren Bereich des hergestellten Drahtnetzes hergestellt wird, das eine der des konvexen Bereichs der ersten Form entsprechende Größe hat.
Beispiele
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele weiter genauer beschrieben, aber die vorliegende Erfindung wird durch diese Beispiele nicht eingeschränkt.
Beispiel 1
In Beispiel 1 wurde ein Formwerkzeug zur Herstellung einer Wabenstruktur 200 hergestellt, die einen Wabenstruktur-Körper 204 aufweist, der in der Wabenstruktur eine von einer Umfangs-Wabenstruktur 216 verschiedene mittige Wabenstruktur 215 hat, wie in 10 bis 12 gezeigt. Genauer ausgedrückt wurde in Beispiel 1 das Formwerkzeug so hergestellt, dass die Wabenstruktur des Endprodukts wie folgt aufgebaut war. Die Wabenstruktur des Endprodukts hatte eine runde Säulenform, bei welcher der Durchmesser jeder Stirnfläche 100 mm war und der Durchmesser der mittigen Wabenstruktur in der Stirnfläche 70 mm betrug. Die Wabenstruktur hatte eine Begrenzungswand mit einer Dicke von 0,1 mm an der Grenze zwischen der mittigen Wabenstruktur und der Umfangs-Wabenstruktur. In der mittigen Wabenstruktur war die Wabenform viereckig, die Dicke der Trennwand betrug 0,09 mm und eine Wabendichte betrugen 93 Waben/cm². In der Umfangs-Wabenstruktur war die Wabenform viereckig, die Dicke der Trennwand betrug 0,11 mm und eine Wabendichte betrug 62 Waben/cm². Es sei angemerkt, dass die jeweiligen Abmessungen der vorstehend beschriebenen Wabenstruktur keinerlei Herstellungstoleranzen einschließen.
Zunächst wurde in Beispiel 1 ein plattenförmiges erstes Formsubstrat mit einer senkrechten Abmessung von 200 mm, einer seitlichen Abmessung von 200 mm und einer Dicke von 20 mm hergestellt. Das Formsubstrat wurde aus rostfreiem Stahl hergestellt. Eine Oberfläche des hergestellten ersten Formsubstrats wurde als eine Knetwerkstoff-Austrittsfläche definiert und in einem Mittelbereich auf der Seite der Knetwerkstoff-Austrittsfläche wurde ein konvexer Bereich durch Entladungsbearbeitung so gebildet, dass die Vorsprungslänge 10 mm betrug.
Anschließend wurden in der Knetwerkstoff-Austrittsfläche des konvexen Bereichs des ersten Formsubstrats erste Gitterschlitze gebildet. Die ersten Gitterschlitze wurden in Schlitzform gebildet, um die Trennwände zu extrudieren, welche die mittige Wabenstruktur der vorstehend genannten Wabenstruktur des Endprodukts bilden. Die ersten Schlitze wurden durch Schleifbearbeitung gebildet.
Anschließend wurden in einer Knetwerkstoff-Einführfläche des ersten Formsubstrats erste Knetwerkstoff-Einführlöcher mit einem Öffnungsdurchmesser von 1,2 mm gebildet, sodass sie mit den Kreuzungspunkten der ersten Schlitze in Verbindung standen. Auch in einem Umfangsbereich des ersten Formsubstrats, der keinen konvexen Bereich aufwies, wurden die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher mit derselben Teilung wie in einem mittigen Bereich mit dem konvexen Bereich gebildet. Die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher des Umfangsbereichs des ersten Formsubstrats waren Durchgangslöcher, die sich von einer Knetwerkstoff-Einführfläche des ersten Formsubstrats zu einer stromabwärts liegenden Oberfläche des Umfangsbereichs erstrecken. Wie vorstehend beschrieben wurde eine erste Form in dem Formwerkzeug von Beispiel 1 hergestellt.
Anschließend wurde ein plattenförmiges zweites Formsubstrat mit einer senkrechten Abmessung von 200 mm, einer seitlichen Abmessung von 200 mm und einer Dicke von 10 mm hergestellt. Das Formsubstrat wurde aus rostfreiem Stahl hergestellt. Ein Mittelbereich des hergestellten zweiten Formsubstrats wurde in einer runden Form ausgeschnitten, sodass das zweite Formsubstrat mit einer Ringform gebildet wurde.
Anschließend wurden in der Knetwerkstoff-Austrittsfläche eines konvexen Bereichs des zweiten Formsubstrats zweite Gitterschlitze gebildet. Die zweiten Gitterschlitze wurden in Schlitzform gebildet, um die Trennwände zu extrudieren, welche die Umfangs-Wabenstruktur der vorstehend genannten Wabenstruktur des Endprodukts bilden. Die zweiten Schlitze wurden durch Schleifbearbeitung gebildet.
Anschließend wurden in der der Knetwerkstoff-Austrittsfläche gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Formsubstrats zweite Knetwerkstoff-Einführlöcher mit einem Öffnungsdurchmesser von 1,2 mm gebildet, sodass sie mit den Kreuzungspunkten der zweiten Schlitze in Verbindung standen.
Anschließend wurde ein Drahtnetz hergestellt, indem lineare Materialien mit einem Durchmesser von 0,2 mm so verwoben wurden, dass die Anzahl der Maschen pro Zentimeter sieben betrug. Das Drahtnetz wurde aus rostfreiem Stahl hergestellt. Ein Mittelbereich des hergestellten Drahtnetzes wurde in einer runden Form mit einem Durchmesser von 80 mm ausgeschnitten, um ein Netzelement herzustellen, das in einem einem Mittelbereich der ersten Form entsprechenden Bereich einen Raum aufweist.
Anschließend wurde in einem Zustand, in dem das Netzelement auf der Seite der Knetwerkstoff-Austrittsfläche an einer Außenseite eines Umfangsbereichs der ersten Form angeordnet war, ein konvexer Bereich des Mittelbereichs der ersten Form in einen Hohlraumbereich eines Mittelbereichs einer zweiten Form eingesetzt, sodass das Netzelement zwischen der ersten Form und der zweiten Form sandwichartig eingelegt war, und auf diese Weise wurde das Formwerkzeug gemäß Beispiel 1 hergestellt.
Tabelle 1 zeigt einen „Formaufbau”, eine „Teilung (mm) der zweiten Schlitze” und einen „Abstand (mm) zwischen Spaltbereichen zur Begrenzungsteilbildung”. Tabelle 1 zeigt ferner das „Vorhandensein” des Netzelements, einen „Durchmesser (mm) des linearen Materials”, welches das Netzelement bildet, und die „Anzahl der Maschen pro Zentimeter (Maschen)” des Netzelements. Es sei angemerkt, dass die Tabelle ein Formwerkzeug als „zweiteiligen Aufbau” in einer Spalte „Formwerkzeugaufbau” zeigt, wenn das Formwerkzeug durch Kombinieren der ersten Form und der zweiten Form zu einem Formwerkzeug, bei dem das Netzelement wie bei dem Formwerkzeug aus Beispiel 1 dazwischen sandwichartig eingeschlossen ist, hergestellt wird. Andererseits zeigt die Tabelle das Formwerkzeug als „einteiligen Aufbau” in der Spalte „Formwerkzeugaufbau”, wenn das Formwerkzeug durch Herstellen eines einzigen Formsubstrats dergestalt, dass ein Mittelbereich sich von einem Umfangsbereich hinsichtlich der Form der Schlitze unterscheidet, hergestellt wird.
Die gesamte Betriebszeit, die zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Beispiel 1 erforderlich war, betrug 70 Stunden. Eine ”Formkörper-Qualität” und „Auftreten von Verformung der zweiten Form” wurden unter Verwendung des Formwerkzeugs gemäß Beispiel 1 durch ein nachfolgend beschriebenes Verfahren bewertet. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
Formkörper-Qualität
Eine aus einer Cordierit-Zusammensetzung gebildete Wabenstruktur wurde unter Verwendung des hergestellten Formwerkzeugs extrudiert. Die extrudierte Wabenstruktur wurde einer Sichtprüfung unterzogen und die Qualität der Wabenstruktur wurde gemäß den folgenden Bewertungsstandards bewertet. Wenn keine Fehler im Erscheinungsbild vorliegen, wird ein Formkörper als „gut” bewertet. Wenn ein Fehler im Erscheinungsbild vorliegt oder die Formung nicht durchgeführt werden kann, wird der Formkörper als „Ausschuss” bewertet. Hier bedeutet der „Fehler im Erscheinungsbild”, dass die die Wabenstruktur bildenden Trennwände aufgrund von Abweichungen der Extrusionsgeschwindigkeit in den jeweiligen Bereichen des Formwerkzeugs gebogen sind.
Vorliegen einer Verformung der zweiten Form
Unter Verwendung des hergestellten Formwerkzeugs wurde eine Extrusion dreimal unter den gleichen Bedingungen wie bei der Bewertung der Formkörper-Qualität durchgeführt, und in dem Zustand nach Beendigung der Extrusion wurde das Vorliegen einer Verformung der zweiten Form durch Sichtprüfung bestätigt. Wenn eine Verformung in der zweiten Form bestätigt wird, zeigt die Tabelle in einer entsprechenden Spalte „vorhanden”, und wenn keine Verformung der zweiten Form bestätigt werden konnte, zeigt die Tabelle in der entsprechenden Spalte ”Nein”.
Tabelle 1
Beispiele 2 und 3
Der Vorgang von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein „Durchmesser (mm) des linearen Materials” des Netzelements und die „Anzahl der Maschen pro Zentimeter (Maschen) in die in Tabelle 1 gezeigten Werte geändert wurden und Formwerkzeuge hergestellt wurden. Der Vorgang vom Beispiel 1 wurde wiederholt, um Bewertungen der „Formkörper-Qualität” und des „Vorliegens einer Verformung einer zweiten Form” unter Verwendung der Formwerkzeuge gemäß den Beispielen 2 und 3 durchzuführen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
Vergleichsbeispiel 1
In Vergleichsbeispiel 1 wurde ein plattenförmiges Formsubstrat mit einer senkrechten Abmessung von 200 mm, einer seitlichen Abmessung von 200 mm und einer Dicke von 20 mm hergestellt. Das Formsubstrat wurde aus rostfreiem Stahl hergestellt. Eine Oberfläche des hergestellten Formsubstrats wurde als eine Knetwerkstoff-Austrittsfläche definiert und in einem Mittelbereich auf der Seite der Knetwerkstoff-Austrittsfläche wurden Schlitze gebildet, die dieselbe Form wie die ersten Schlitze in Beispiel 1 hatten. Anschließend wurden in einem Umfangsbereich auf der Seite der Knetwerkstoff-Austrittsfläche des Formsubstrats Schlitze gebildet, die dieselbe Form wie die zweiten Schlitze des Formwerkzeugs von Beispiel 1 hatten. Dann wurde an einer einem Spaltbereich von Beispiel 1 entsprechenden Position ein ringförmiger Schlitz gebildet, um ein Ende jedes ersten Schlitzes mit einem Ende jedes zweiten Schlitzes zu verbinden. Anschließend wurden von der Seite einer Knetwerkstoff-Einführfläche des Formsubstrats Knetwerkstoff-Einführlöcher mit einem Öffnungsdurchmesser von 1,2 mm gebildet, sodass sie mit den Kreuzungspunkten der jeweiligen Schlitze in Verbindung standen. Wie vorstehend beschrieben wurde ein Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt.
Die gesamte Betriebszeit, die zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 1 erforderlich war, betrug 100 Stunden. Der Vorgang vom Beispiel 1 wurde wiederholt, um Bewertungen der „Formkörper-Qualität” und des „Vorliegens einer Verformung einer zweiten Form” unter Verwendung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 1 durchzuführen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
Vergleichsbeispiel 2
In Vergleichsbeispiel 2 wurden anfangs eine erste Form und eine zweite Form hergestellt, die in derselben Weise wie die erste Form und die zweite Form des Formwerkzeugs gemäß Beispiel 1 aufgebaut waren. Dann wurde in Vergleichsbeispiel 2 die zweite Form mit der ersten Form kombiniert, wobei ein konvexer Bereich eines Mittelbereichs der ersten Form in einen Hohlraumbereich eines Mittelbereichs der hergestellten zweiten Form eingesetzt wurde, womit ein Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 2 hergestellt wurde. Mit anderen Worten wurde gemäß Vergleichsbeispiel 2 das Formwerkzeug hergestellt, ohne dass ein Netzelement zwischen die erste Form und die zweite Form eingesetzt wurde.
Die gesamte Betriebszeit, die zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 2 erforderlich war, betrug 70 Stunden. Der Vorgang vom Beispiel 1 wurde wiederholt, um Bewertungen der „Formkörper-Qualität” und des „Vorliegens einer Verformung einer zweiten Form” unter Verwendung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 2 durchzuführen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
Vergleichsbeispiel 3
In Vergleichsbeispiel 3 wurde anfangs eine erste Form hergestellt, die in derselben Weise wie die erste Form des Formwerkzeugs gemäß Beispiel 1 aufgebaut war. Anschließend wurde in Vergleichsbeispiel 3 eine zweite Form hergestellt, bei welcher ein Bereich von 0,1 mm von einer stromaufwärts liegenden Oberfläche eines zweiten Formsubstrats in einer Extrusionsrichtung durch Schleifbearbeitung entfernt wurde. Die zweite Form wurde mit der ersten Form kombiniert, wobei ein konvexer Bereich eines Mittelbereichs der ersten Form in einen Hohlraumbereich eines Mittelbereichs der zweiten Form eingesetzt wurde, womit ein Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 3 hergestellt wurde. In dem Formwerkzeug von Vergleichsbeispiel 3 lag eine stromabwärts liegende Oberfläche eines Umfangsbereichs der ersten Form nicht an einer stromaufwärts liegenden Oberfläche der zweiten Form an und die zweite Form wurde in einem einer einseitigen Aufhängung ähnlichen Zustand mit der ersten Form kombiniert.
Die gesamte Betriebszeit, die zur Herstellung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 3 erforderlich war, betrug 80 Stunden. Der Vorgang vom Beispiel 1 wurde wiederholt, um Bewertungen der „Formkörper-Qualität” und des „Vorliegens einer Verformung einer zweiten Form” unter Verwendung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 3 durchzuführen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
Ergebnisse
Bei den Formwerkzeugen gemäß den Beispielen 1 bis 3 war es möglich, die Herstellungszeit zu verkürzen, und die Bewertungen der Formkörper-Qualität waren im Vergleich zu dem Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 1 angemessen. Ferner wurde in den Formwerkzeugen gemäß den Beispielen 1 bis 3 eine Verformung der zweiten Form nicht bestätigt.
Bei dem Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 1 trat als Ergebnis bei der Bewertung der Formkörper-Qualität Ausschuss auf. Der Grund für dieses Ergebnis liegt vermutlich darin, dass dann, wenn der Mittelbereich der Form hinsichtlich der Gestalt der Schlitze von ihrem Umfangsbereich verschieden ist, die Durchflussmengenverteilung des Knetwerkstoffs in dem Formwerkzeug leicht ungleichmäßig wird und die Menge des aus den Schlitzen auszustoßenden Knetwerkstoffs nicht gleichförmig wird. Insbesondere dann, wenn die Extrusion unter Verwendung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt wurde, überstieg der Bedarf an Knetwerkstoff zum Formen der Begrenzungswand die Zufuhr und eine Menge von Formungsfehlern wurde in der Begrenzungswand und ihrer Umgebung bestätigt.
Bei dem Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 2 war in einem Bereich, in welchem die Positionen der ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher der ersten Form nicht mit denjenigen der zweiten Knetwerkstoff-Einführlöcher der zweiten Form übereinstimmten, die Bewegung des Knetwerkstoffs behindert, und als Resultat bei der Bewertung der Formkörper-Qualität wurde nur Ausschuss erzielt. Wenn ferner die Extrusion unter Verwendung des Formwerkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 2 durchgeführt wurde, überstieg der Bedarf an Knetwerkstoff zum Formen der Begrenzungswand die Zufuhr und Formungsfehler wurden in der Begrenzungswand und ihrer Umgebung zahlreich bestätigt.
Bei dem Formwerkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 3 war die Bewertung der Formkörper-Qualität angemessen, aber bei der Bewertung des Vorhandenseins von Verformungen der zweiten Form wurde die Verformung der zweiten Form bestätigt. Wenn die zweite Form deutlich verformt wird, kann die Formkörper-Qualität beeinflusst werden. Ferner besteht dann, wenn die zweite Form leicht verformt werden kann, die Befürchtung, dass Herstellungskosten eines Produkts aufgrund des Austausches der Form oder dergleichen steigen.
Ein Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung eines Waben-Formkörpers verwendet werden, der einen hinsichtlich der Wabenstruktur von einem Umfangsteil verschiedenen Mittelteil hat.
Bezugszeichenliste

10: erste Form, 11: erster Schlitz, 12: erstes Knetwerkstoff-Einführloch, 13: erstes Formsubstrat, 14: stromabwärts liegende Fläche (die stromabwärts liegende Fläche eines Umfangsbereichs der ersten Form), 15: Mittelbereich, 16: konvexer Bereich, 17: Umfangsbereich, 18: Knetwerkstoff-Austrittsfläche (die Knetwerkstoff-Austrittsfläche der ersten Form), 19: Knetwerkstoff-Einführfläche, 20: zweite Form, 21: zweiter Schlitz, 22: zweites Knetwerkstoff-Einführloch, 23: zweites Formsubstrat, 24: stromaufwärts: liegende Fläche (die stromaufwärts liegende Fläche der zweiten Form), 25: Mittelbereich, 26: Hohlraumbereich, 27: Umfangsbereich, 28: Knetwerkstoff-Austrittsfläche (die Knetwerkstoff-Austrittsfläche der zweiten Form), 30 und 30A: Netzelement, 31 und 31A: Durchgangskanal, 33 und 33A: lineares Material, 36: Hohlraumbereich, 40: Raumgewinnungselement, 41: Raum, 43: Substrat, 55: Spaltbereich (ein Spaltbereich zur Bildung einer Begrenzungswand), 100 und 300: Wabenstruktur-Formwerkzeug (das Formwerkzeug), 201: Trennwand, 202: Wabe, 202a: Wabe (Waben einer mittigen Wabenstruktur), 202b: Wabe (Waben einer Umfangs-Wabenstruktur), 203: Umfangswand, 204: Wabenstrukturkörper, 208: Begrenzungswand, 211: Einlassstirnfläche, 212: Auslassstirnfläche, 215: mittige Wabenstruktur, 216: Umfangs-Wabenstruktur, 200: Wabenstruktur, und X: Extrusionsrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-156975 [0001]
JP 2016-220875 [0001]
JP 2015-096310 A [0005]
JP 2013-132879 A [0005]
JP 2013-132881 A [0005]
JP 04-332604 A [0005]

Claims

Wabenstruktur-Formwerkzeug, enthaltend: eine erste Form, die an einer stromaufwärts liegenden Seite in einer Extrusionsrichtung eines Knetwerkstoffs eines Form-Ausgangsmaterials angeordnet ist und in welcher ein Mittelbereich auf der Seite einer Knetwerkstoff-Austrittsfläche einen konvexen Bereich hat, der zu einer stromabwärts liegenden Seite in der Extrusionsrichtung hin vorspringt; und eine ringförmige zweite Form, die auf der stromabwärts liegenden Seite der ersten Form angeordnet ist und die eine zu dem konvexen Bereich komplementäre Form besitzt, wobei in dem Mittelbereich der ersten Form erste Knetwerkstoff-Einführlöcher und erste Gitterschlitze, die mit den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern in Verbindung stehen, gebildet sind, in einem den Mittelbereich der ersten Form umgebenden Umfangsbereich die ersten Knetwerkstoff-Einführlöcher so gebildet sind, dass sie durch den Umfangsbereich der ersten Form verlaufen, und in der ringförmigen zweiten Form zweite Knetwerkstoff-Einführlöcher gebildet sind, in welche der aus den ersten, in dem Umfangsbereich der ersten Form gebildeten Knetwerkstoff-Einführlöchern abgegebene Knetwerkstoff eingeführt wird, und zweite Gitterschlitze, die mit den zweiten Knetwerkstoff-Einführlöchern in Verbindung stehen, wobei das Wabenstruktur-Formwerkzeug zwischen einer äußeren Umfangsfläche des konvexen Bereichs der ersten Form und einer inneren Umfangsfläche der ringförmigen zweiten Form einen Spaltbereich aufweist, um den Knetwerkstoff zu einer Ringform zu extrudieren, wobei das Wabenstruktur-Formwerkzeug ferner ein Netzelement enthält, das zwischen die erste Form und die zweite Form gesetzt ist, wobei die Bewegung des Knetwerkstoffs zwischen dem ersten Knetwerkstoff-Einführloch und dem zweiten Knetwerkstoff-Einführloch durch die Maschen des Netzelements durchgeführt wird.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach Anspruch 1, wobei eine Form der ersten Schlitze von einer Form der zweiten Schlitze verschieden ist.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Durchmesser eines das Netzelement bildenden linearen Materials von 0,030 bis 0,500 mm beträgt.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anzahl der Maschen pro Zentimeter des Netzelements von 3,9 bis 130 beträgt.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend zwei oder mehr Netzelemente, wobei das zwischen die erste Form und die zweite Form eingesetzte Netzelement ersetzt wird, wodurch ein Abstand zwischen der ersten Form und der zweiten Form in der Extrusionsrichtung veränderbar ist.
Wabenstruktur-Formwerkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend zwei oder mehr Arten von zweiten Formen, die sich hinsichtlich der Form der zweiten Schlitze unterscheiden, wobei die zweiten Formen austauschbar sind.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Verhältnis einer Fläche des Mittelbereichs der ersten Form zu einer Fläche einer Stirnseite eines zu extrudierenden Waben-Formkörpers von 30 bis 70% beträgt.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Wabe umgebende Schlitze von den ersten Schlitzen und eine Wabe umgebende Schlitze von den zweiten Schlitzen in einander kreuzenden Richtungen verlaufen.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Anordnungsrichtung einer Wabenstruktur des Waben-Formkörpers, der durch die ersten Schlitze extrudiert werden soll, und eine Anordnungsrichtung einer Wabenstruktur des Waben-Formkörpers, der durch die zweiten Schlitze extrudiert werden soll, in einander kreuzenden Richtungen verlaufen.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner enthaltend ein ringförmiges Raumgewinnungselement, das zwischen die erste Form und die zweite Form eingesetzt ist, wobei das Netzelement in einem inneren Bereich des ringförmigen Raumgewinnungselements angeordnet ist.
Wabenstruktur-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in der ersten Form der Mittelbereich hinsichtlich des Öffnungsdurchmessers des ersten Knetwerkstoff-Einführlochs und eines Abstands zwischen den ersten Knetwerkstoff-Einführlöchern gleich dem Umfangsbereich ist.