JP2001047419A - セラミックの押出し成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック成形品、特に小型軽量で厳しい形
状精度が要求される自動車用のセラミックハニカム成形
品を、縦押出しにより、曲げやねじれ変形を起さないよ
うに、かつ生産性高く成形する成形方法及び成形装置を
提供する。 【解決手段】 下方向に押出されるセラミック成形体に
対し、押出された成形体の外形部をガイドして真っ直ぐ
になるようにし、かつ成形体下端面を定荷重で支持して
成形体下部の横ずれを抑制し、成形体の曲げやねじりを
防止しつつ成形体を所定長さに切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック成形体
を変形させないように押出すための押出し成形方法及び
成形装置に関し、特に薄肉ハニカム構造のセラミック成
形体に好適な押出し成形方法及び押出し成形装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック成形体の押出し成形方
法は、横方向に押し出す成形方法と縦方向に押し出す成
形方法が用いられている。横押出し方法は、後工程にお
けるセッティング等が便利であり自動化がやり易いとい
う反面、自重が成形体強度より大きいものに対しては、
成形体が自重変形を起こし寸法精度の良い製品が得られ
ないという問題がある。これを解決するための技術とし
て、特開昭６３−２３０３０４にセラミックスの押出し
成形方法と押出し成形装置が開示されている。この押出
し成形方法は、セラミック成形体を縦方向に押出しする
下押出し成形方法であって、押出しダイスを介して下向
きに押出される成形体を、上方向に反力を付与して保持
することにより、押出し成形体の変形を防止しつつ所定
長さに切断することを特徴としている。反力の発生方法
として、成形体の押出し長さまたは押出し長さに比例す
る計量値を計測しつつ、成形体保持用の受台を支持する
プランジャーの流体圧力を制御する方法や、受台にかか
る力を検出し、その力が成形体長さに比例するように受
台の位置を制御する方法が記載されている。これによ
り、成形体が長くなるにしたがい増加する自重分を受台
で支持するので、ダイス近傍の成形体には一定の引張り
力しかかからず、径が細くなって変形するようなことは
ない、と述べられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車部品
等に用いられるハニカム構造セラミック成形品は、一段
と小型軽量化が求められ、外形寸法は小さく、セル密度
は高く、壁厚は薄くなってきている。このようなもの
は、従来品に対して自重が軽いだけでなく、自重に対す
る断面積の比率は大きくなる傾向にあり、縦押出し成形
において、ダイス近傍の成形体に作用する引張り力は小
さくなっている。従って、自重に起因する延びによる寸
法精度悪化という点よりも、軸方向の曲がりやねじれの
方が問題となってきている。これは、スラリーが通過す
るダイス各部の形状や摩擦力の違い等により発生する押
出し時の成形体の曲がりを、従来は自重で矯正できてい
たものが、できなくなってきたことによるものと考えら
れる。前記公知例は、自重が大きい成形体を如何に自重
を作用させないように押出すか、と言う点が技術ポイン
トであり、自重作用が弱いものに対しては課題があるこ
とさえ提示していない。従って本発明は、セラミック成
形品、特に小型軽量で厳しい形状精度が要求される自動
車用のセラミックハニカム成形品を、縦押出しにより、
曲げやねじれ変形を起さないように、かつ生産性高く成
形する成形方法及び成形装置を提供することを目的とし
ている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックの押
出し成形方法は、下方向に押出されるセラミック成形体
に対し、押出された成形体の外形部をガイドして真っ直
ぐになるようにし、かつ成形体下端面を定荷重で支持し
て成形体下部の横ずれを抑制し、成形体の曲げやねじり
を防止しつつ成形体を所定長さに切断することを特徴と
している。

【０００５】また本発明のセラミックの押出し成形装置
は、セラミックスラリーを下方向に押出し成形する成形
機と、成形体の外形を規正するガイドと、成形体の成形
速度を検出する速度検出手段と、押出される成形体を支
持して移動するエレベータと、押出されている成形体を
略水平状態に切断する切断機と、各機器を制御する制御
手段を備え、ガイドは成形機ダイスの下方近傍に設け、
エレベータは速度制御される可動部と可動部に設けた定
荷重コンプライアンス手段を有し、切断機は成形体ガイ
ドの下方に設け、押出速度に合せて切断具の軸方向速度
と軸直角方向速度を速度制御できる移動手段を有してい
ることを特徴としている。コンプライアンス手段として
は、変位量に関係なく一定の反力を発生し、かつ該反力
値の調整が圧力制御弁の操作で容易に行なえる点でエア
ーシリンダを用いることが好ましく、特に摺動摩擦の小
さい低摩擦型エアシリンダを用いることが望ましい。

【０００６】

【発明の実施の形態】（実施例１）成形装置の基本構成
は、図１に示すように、成形機１と、成形体２（２ａ、
２ｂ、…）を支持・載置する治具３（３ａ、３ｂ、…）
と、成形体２の外周を真直になるように支持するガイド
４と、押出し中の成形体を支持する治具３を昇降制御す
るエレベータ５と、押出された成形体を分離する切断機
６と、制御装置（図示せず）を有している。成形機１
は、セラミックスラリーをハニカム構造のダイスを通し
て下方向に押出し、例えば外形が略円筒形のハニカム体
を成形する縦押し形の成形機である。治具３は表面が平
らな例えば矩形の板材で、成形機１から押出されている
時の成形体２を支持するとともに、切断後の成形体をそ
のまま載置するものである。

【０００７】ガイド４は、成形機１のダイスに接近した
位置で成形体を挟むように設ける。例えば、図２に示す
ように、押出される成形体２の外径と略同一の曲率を有
するゴム、スポンジ等の弾性体からなるローラとし、そ
の外周が成形体２外周と接触して回転するように、例え
ば成形体を挟んで左右に２個設ける。これにより、ダイ
ス通過時の押出し抵抗の違いによる成形体の曲がりやね
じれを抑制し、成形体２が真っ直ぐになるように規制す
る。

【０００８】エレベータ５は、成形体２の押出し方向に
沿って可動部が動く上下方向移動手段と、その可動部に
設けた上下方向コンプライアンス手段８と、コンプライ
アンス手段８に取付けられた受台９を備えており、受台
９に治具３が載置される。上下方向移動手段は、サーボ
アクチュエータと、サーボアクチュエータで駆動され位
置と速度の制御がされる可動部としての直進テーブル７
を有している。コンプライアンス手段８は、変位量にか
かわらず一定の反力を発生させる構造とし、例えば精密
圧力制御弁に連結された低摩擦形エアーシリンダや、一
定力を発生するような特殊バネを用いることができる。
以下、リニアセンサを内蔵し、変位量が検出できるよう
な低摩擦形エアシリンダ（以降、単にシリンダ８と称す
る）を用いた例で説明する。シリンダ８のロッド先端に
受台９を取付ける。受台９はロッドの動きに合せて、ガ
イド機構により上下方向に平行移動することができ、そ
の移動量はシリンダ８に内蔵したリニアセンサで計測す
ることができる。

【０００９】切断機６は、極細線のピアノ線が成形体を
水平方向に横断できるように張られた切断ユニットを、
成形体の押出し方向（上下方向）と成形体の横断方向
（水平方向）にサーボ制御できるようにしたものであ
る。従って、押出し中の成形体でも、水平に切断するこ
とができる。切断機６は前記ガイド４の下方に設け、成
形体切断開始位置はできるだけガイド４に近くなるよう
にする。

【００１０】また、成形機１のダイスの下方に、押し出
される成形体２の押出速度を検出するためのセンサー１
０を設ける。成形体２の押出速度は、成形機１側のスラ
リー押出し手段からの情報から得ることもできるが、成
形体２を直接計測したほうが、実際の速度が得られるた
め望ましい。センサー１０は、レーザを用いた非接触式
のものを用いることができるが、図２に示すように、成
形体２のガイド４をローラとした場合、ローラの回転軸
にロータリーエンコーダ１５を取付け、この回転をもと
に計測するようにしても良い。

【００１１】次に、動作について説明する。まず、エレ
ベータ５の初期位置を設定する。直進テーブル７に設け
たシリンダ８に所定の空気圧力を作用させ、治具３を載
せた受台９を上昇させ、上昇端にある時をコンプライア
ンス手段の初期位置とし、この時のシリンダ内蔵のリニ
アセンサーの値を原点として読取る。この状態で直進テ
ーブル７を移動し、治具３の上面が、切断機６のピアノ
線が成形体２を切断開始する位置と同レベルになった時
を上下方向移動手段の初期位置とし、この時のサーボア
クチュエータの位置センサ値を読み込み原点とする。こ
こでは後の説明を分かり易くするために、コンプライア
ンス手段と上下移動手段とも原点にある時をエレベータ
５の初期位置として設定する。即ち、載置した治具３の
上面が、切断開始時のピアノ線のラインに一致してお
り、原点からの移動量がそのまま成形体の長さに相当す
ることになる。なお、前記各手段の原点や前記エレベー
タ５の初期位置は、前記のような位置に設定しなくて
も、成形機１又は切断機６の任意に決めた基準位置をも
とに適宜決めることができることは言うまでもない。

【００１２】初回の成形においては、成形機１で押出さ
れる成形体２ａは、ダイスを出た直後に、ガイド４で真
直な姿勢に矯正されて下方に延びていく。成形体２ａは
下端が治具３ａに接触した後は、シリンダ８を推し戻し
つつ押出されていく。この時、シリンダ内蔵のリニアセ
ンサ値は変化し、シリンダ８のロッド移動量、即ち、切
断位置を基準とした押出し量が計測される。次いで、シ
リンダ８のロッドが所定値、例えばストロークの半分移
動した時、直進テーブル７はセンサ１０で計測される成
形体押出し速度に同調して下降を開始する。以降、成形
体２の延びにあわせて直進テーブル７が下降して行く。
この間、実際の成形体２ａの押出速度と、直進テーブル
７の移動速度に誤差が生じても、成形体２ａを支持して
いるシリンダ８のロッドが上下することで誤差を吸収す
ることができる。また、成形体２ａの下端は、シリンダ
８の出力から受台９と治具３ａの重量分等を差し引いた
一定力で治具３ａと当圧しており、これによる摩擦力で
成形体下端が治具上面からずれることを抑制し、よって
成形体が曲がったり、ねじれたりすることを防いでい
る。

【００１３】成形体２が設定した所定の長さになると切
断する。所定長さの判定は、直進テーブル７の移動量と
シリンダ８のロッド移動量を加算することで行なうこと
ができ、正確な成形体長さを得ることができる。所定長
さ検出信号をもとに、切断機６が作動し、切断ユニット
が水平方向と上下方向に同時に動作する。切断ユニット
の各方向速度を、成形体２ａの切断長さと、成形体押出
速度をもとに制御することにより、押出し中であっても
平坦な切断面を得ることができる。

【００１４】切断が終了すると、直進テーブル７は高速
下降し、所定長さに切断された成形体２ａを載置した治
具３ａが受台９から搬出される。その後新しい治具３ｂ
が受台９に載置されると、直進テーブル７は上昇して所
定位置で停止し、連続して押出されている新たな成形体
２ｂの平坦な下端を支持すべく待機する。成形体２の押
出速度と、治具３ａ、３ｂの入れ替えのための時間、直
進テーブル７の昇降速度は予め知ることができるので、
直進テーブル７上の治具３ｂが成形体２ｂに接する直前
の位置は求めることができ、この位置まで高速で上昇さ
せることができる。これにより、成形体２ｂが所定の成
形長さになる前のできるだけ早い段階で、成形体２ｂの
下端を支持することができる。

【００１５】前述したように待機位置は設定することが
でき、従って成形体２ｂが治具３ｂに接触する時の成形
体長さはわかるので、以後は前述したと同様にして成形
体２ｃ、２ｄ…が所定長さになった時、検出信号を受け
切断することができる。なお、成形体の下端支持に当た
っては、直進テーブル７は必ずしも停止していなくて
も、低速で上昇中であっても対応できることは言うまで
もない。なお、シリンダ８の出力は、成形体が治具と接
触する時の衝撃力小さくするためには小さい方がよい
が、前述した摩擦力で成形体のずれを阻止するためには
大きい方がよく、適宜エアー圧力を調整して設定すると
よい。

【００１６】なお、ガイド４は、成形体を押付けるよう
に左右に２個配設した弾性体ローラとして説明したが、
成形体のねじれや曲がりを規制できる構造であれば限定
されない。例えば、ローラを３個以上設けてもよいし、
上下方向にも設けてもよいし、ローラでなく成形体と摺
動するようなものでもよいし、更には機械的なガイドで
はなく、成形体の外形と所定隙間を有する筒体から、内
部にエアー等流体を供給しその圧力で支持するような構
造としてもよい。

【００１７】（実施例２）図３に、より生産性の高いセ
ラミックハニカム体製造プロセスに対応できるよう、さ
らに成形体を連続的に次工程の例えば乾燥炉（図示せ
ず）に搬入できる搬送手段を備えた成形装置の別の構成
例を示したものを示す。図３（ａ）に示すように、押出
される成形体を支持する２式のエレベータ５Ｌ、５Ｒを
押出し位置を挟んで紙面に向かって左右に設ける。各エ
レベータは左右方向軸を有しており、押出される成形体
を支持する位置と、成形体を乾燥炉へ搬入するための位
置との間を移動できる。乾燥炉への搬送手段１１は、左
右のエレベータ５Ｌ、５Ｒ固有に紙面に垂直方向に２式
（１１Ｌ、１１Ｒ）設ける。図３（ａ）は、左側エレベ
ータ５Ｌが乾燥炉への左側搬送手段１１Ｌ側にあり、右
側エレベータ５Ｒは押出し位置で成形体を支持している
状態を示している。図３（ｂ）は、Ａ方向から見た、左
側エレベータ５Ｌとその搬送手段１１Ｌを示している。

【００１８】図３（ｂ）を参照して、搬送手段の構成と
動作を説明する。搬送手段１１は、エレベータ停止位置
を挟んで、治具ストックマガジン１２（１２Ｌ、１２
Ｒ）とローラコンベア１３（１３Ｌ、１３Ｒ）が配設さ
れたものである。治具ストックマガジン１２には、多数
の治具が積み重ねられて収納されており、押出しシリン
ダ１４（１４Ｌ、１４Ｒ）で最下段の治具を押出すこと
ができる。即ち、エレベータ５Ｌが搬送手段１１Ｌ側で
下降位置にあると、押出しシリンダ１４Ｌで押出された
治具は、エレベータ５Ｌの受台上に移動し載置される。
これにより、押出された成形体２を載置していた治具は
受台９から押出されてローラコンベア１３Ｌ上に移動す
る。従って、ローラコンベア１３Ｌ上に載置されていた
治具は、治具一枚分右方向に搬送されることになる。

【００１９】本構成例における成形装置の動作は次の通
りである。なお、押出された成形体を支持し、切断する
ことに関しては前述したと同様であるので説明は省略す
る。成形機１で成形された例えば成形体２ｉが切断され
ると、エレベータ５Ｌは高速下降するとともに、搬送手
段１１Ｌ側へ水平移動する。装入位置で停止すると、押
出しシリンダ１４Ｌが作動し、治具ストックマガジン１
２Ｌからの治具３ｊを押出してエレベータ上に搬入する
とともに、成形体２ｉを載置した治具３ｉをローラコン
ベア１３Ｌ上に移動させる。これにより、ローラコンベ
ア上の最先端の成形体２ｅを載置した例えば治具３ｅ
が、乾燥炉内へ搬入される。この間、治具が載置された
もう一方のエレベータ５Ｒが、押出し成形体支持位置へ
移動して前述したように所定位置まで高速で上昇し、連
続的に押出されている成形体を支持する。このようにし
て、切断されて一端がフリーの押出し成形体を、すばや
く治具で支持することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次のよう
な効果を有する。 １）押出し直後に、成形体の外形部をガイドするので、
曲がりやねじりの発生を抑制することができる。 ２）さらに、成形体下部と治具上面とを一定力で当接さ
せているので、安定した摩擦力が得られ、一層曲がりや
ねじりの発生を抑制することができる。 ３）押出し中の成形体を支持するエレベータを２式設け
交互に用いることにより、切断後に押出されている新た
な成形体を素早く支持することができ、押出速度の早い
成形体にも対応でき、生産性が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の成形装置の一構成例

【図２】本発明の成形装置におけるガイドの一構成例

【図３】本発明の成形装置の別の構成例

【符号の説明】

１…成形機、 ２…成形体、 ３…治具、 ４…ガイ
ド、 ５…エレベータ、６…切断機、 ７…直進テーブ
ル、 ８…コンプライアンス手段、 ９…受台、１０…
速度検出センサ、 １１…搬送手段、 １２…治具スト
ックマガジン、１３…ローラコンベア、 １４…治具押
出しシリンダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下方向に押出されるセラミック成形体に
   対し、押出された成形体の外形部をガイドして真っ直ぐ
   になるようにし、かつ成形体下端面を定荷重で支持して
   成形体下部の横ずれを抑制し、成形体の曲げやねじりを
   防止しつつ成形体を所定長さに切断することを特徴とす
   るセラミックの押出し成形方法。
2. 【請求項２】 セラミックスラリーを下方向に押出し成
   形する成形機と、成形体の外形を規制するガイドと、成
   形体の成形速度を検出する速度検出手段と、押出される
   成形体を支持して移動するエレベータと、押出されてい
   る成形体を略水平状態に切断する切断機と、各機器を制
   御する制御手段とを備え、 ガイドは成形機ダイスの下方近傍に設け、エレベータは
   速度制御される可動部と可動部に設けた定荷重コンプラ
   イアンス手段を有し、切断機は成形体ガイドの下方に設
   け、押出速度に合せて切断具の軸方向速度と軸直角方向
   速度を速度制御できる移動手段を有していることを特徴
   とするセラミックの押出し成形装置。
3. 【請求項３】 コンプライアンス手段がエアシリンダで
   ある請求項２に記載のセラミックの押出し成形装置。