JP2001293711A

JP2001293711A - 押出成形型

Info

Publication number: JP2001293711A
Application number: JP2000111528A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 隆士山本; Tomohiko Nakanishi; 友彦中西; Yoshiyasu Ando; 芳康安藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】最適な成形条件の設定を定量的に行うことが
でき、ハニカム構造体の品質を向上させ、かつ成形効率
を向上させることのできるハニカム構造体用の押出成形
型を提供する。【解決手段】押出成形型１の一方の端面を原料供給面
２２として、多数の原料供給穴２１を開口させ、他方の
端面を押出面３２として原料供給穴２１に連通するハニ
カム形状の排出溝３１を開口させる。原料供給面２２に
は、押出成形時の面内の圧力分布を検出する多数の薄膜
圧力センサ４が配設してあって、その検出結果をフィー
ドバックさせることで、押出成形速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒担体等に用い
られるハニカム構造体を製造するための押出成形型に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の排ガス浄化用触媒におい
て、浄化性能を向上させるために、触媒の早期活性化が
大きな課題となっている。触媒の早期活性化には、触媒
担体となるハニカム構造体の熱容量低減が有効であり、
この目的で、ハニカム構造体のセル壁厚を薄くしたり、
セル密度を大きくすることが検討されている。ところ
が、セル壁厚を薄くしたり、セル密度を大きくするほ
ど、ハニカム構造体の押出成形が難しくなる。その原因
は、ハニカム構造体を押出成形する際の原料の流れが均
一でないことにあり、原料の流れが遅い部分への原料供
給が不足する問題がある。

【０００３】ハニカム構造体を成形するために用いられ
る押出金型は、一般に、成形原料を供給するための多数
の原料供給穴と、上記原料供給穴に連通するハニカム形
状の排出溝を有し、原料供給穴は一方の端面側に、排出
溝は他方の端面側に開口している。原料丸棒は、原料供
給面となる一方の端面側から原料供給穴に供給され、連
続する排出溝を通過する間に互いに密着して、所定のハ
ニカム形状に成形される。ところが、型を通過する際の
原料の速度（押出成形速度）を原料丸棒の中心部と外周
部とで比較すると、外周部の方が押出成形速度が遅くな
りやすい。このため、ハニカム構造体の外周部への原料
供給が不足して、得られるハニカム構造体の外周部にさ
さくれやセルよれ、セル倒れ等の不良が発生する不具合
があった。

【０００４】これらの不良への対策として、押出成形速
度を均一化させるための種々の方法が提案されている。
例えば、原料の粘度や水分量、成形時の設定速度または
設定圧力を変化させたり、原料の温度管理を行うなど成
形条件を調整する方法や、押出成形型の原料供給面側
に、原料供給を制御するための抵抗板を設置することに
より、原料の流れを調整することが行われている。ま
た、特公昭６４−７８４３号公報には、原料供給穴の内
周面の表面粗さを改善するために、原料供給穴内にパイ
プを嵌着した押出成形型が提案されている。原料供給穴
の加工時に表面粗さにバラツキが生じると、原料の流れ
が不均一になるが、この構成では、パイプを装着してそ
の材質や内径を選択することで原料の流れを調整するこ
とが容易になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
ハニカム構造体の成形条件を調整したり、抵抗板を設置
することで、押出成形時の不良の発生を防止している。
しかしながら、ハニカム構造体の製造に用いられる原料
は、天然材料であるため、原料のロットが変わると原料
粘度、成形時設定速度（または成形時設定圧力）等の成
形条件を同一としても、再現性が得られない。これは、
特公昭６４−７８４３号公報の構成としても同様で、こ
のため、再度、最適な成形条件をトライアンドエラーで
探し出す必要があり、効率が非常に悪かった。特に、ハ
ニカム構造体のセル壁厚が薄い場合や、セル密度が大き
い場合には、この問題が大きく、成形条件の設定が容易
でないために、成形不良を防止しながら効率良い押出成
形を行うことは困難であった。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、最適な成形条件の設定を定量的に行うことが
でき、ハニカム構造体の品質を向上させ、かつ成形効率
を向上させることのできるハニカム構造体用の押出成形
型を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の押出
成形型は、成形原料を供給するための多数の原料供給穴
と、該原料供給穴に連通するハニカム形状の排出溝を有
している。上記原料供給穴は原料供給面となる一方の端
面に、上記排出溝は押出面となる他方の端面に開口して
おり、上記原料供給面には、押出成形時の原料の状態を
検出する検出手段を設けている。

【０００８】押出成形時に上記原料供給面に加わる圧力
について見ると、原料の流れの悪い場所は圧力が高く、
逆に原料の流れが良いと圧力は低くなる。本発明は、こ
れを利用したもので、上記検出手段によって上記原料供
給面に供給される原料の圧力を検出することで、各部位
の原料の流れを知り、成形条件等に速やかにフィードバ
ックすることができる。例えば、外周部の圧力が高い場
合には、この部分の原料が流れやすくなるように丸穴径
を設定した抵抗板を設置する等により、押出成形速度を
均一にして成形不良の発生を防止する。

【０００９】また、原料に温度の低い部分があると、他
の部分より硬くなって抵抗が大きくなり、流れが悪くな
る。よって、上記検出手段を、温度を検出するものと
し、その結果を成形原料の温度管理等にフィードバック
することもできる。このように、押出成形時の原料の状
態、例えば圧力を検出してその結果を基に最適な成形条
件の設定を定量的に行えるので、高品質のハニカム構造
体を効率良く得ることができる。

【００１０】好適には、請求項２のように、上記検出手
段を、上記原料供給面の複数箇所に設置する。例えば、
上記原料供給面の中心部から外周部にかけて複数の上記
検出手段を均等に設けて圧力検出を行うことで、面内の
圧力分布を把握することができ、より適切に成形条件の
設定を行うことができるので、効果的である。

【００１１】請求項３の構成のように、上記検出手段
は、例えば、検出体薄膜を備えた薄膜センサとすること
ができる。

【００１２】上記検出体薄膜として、圧力による歪を検
知して抵抗値を変化させる歪抵抗体薄膜を用いた薄膜圧
力センサは、薄型で、上記原料供給面に複数設けても、
ハニカム原料の供給に支障なく圧力検出が可能である。
この薄膜センサは、上記原料供給面に直接形成しても、
あるいは、予め樹脂シート上に形成してシート状とした
ものを接合してもよい。

【００１３】請求項４の構成のように、好ましくは、上
記薄膜センサの表面に、摩擦抵抗の小さな材料からなる
保護膜を設ける。例えば、フッ素系樹脂のように摩擦抵
抗の小さな膜を用いると、成形時にハニカム原料から受
ける摩擦を小さくすることができ、上記薄膜センサを保
護してその耐久性を向上させることができる。

【００１４】請求項５の構成のように、上記検出手段
を、押出成形時の原料の圧力を検出する圧力検出手段、
温度を検出する温度検出手段の一方とすることも、その
両方を設けることもできる。これら両方を設置すると、
上記圧力検出手段の出力が、温度によって変動する場合
に有利で、上記温度検出手段の検出結果に基づいて出力
を補正することで、圧力分布をより正確に把握すること
ができる。よって、この圧力分布を基に成形条件等を設
定し、また、成形原料の温度が最適な条件となるよう
に、温度管理にフィードバックさせることで、より高品
質なハニカム構造体が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のハニカム構造体成
形用の圧力計測機能付押出成形型の第１の実施の形態に
ついて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、押出成形型１
の正面図および断面図で、押出成形型１は、多数の原料
供給穴２１を有する原料供給部２と、排出溝３１を設け
た押出部３とを積層した構成となっている。原料供給穴
２１と排出溝３１は型内部で連通しており、原料供給穴
２１側の端面（図１（ｂ）の左端面）を原料供給面２
２、排出溝３１側の端面（図１（ｂ）の右端面）を押出
面３２としている。

【００１６】原料供給部２は、四隅に取付け穴を有する
所定厚の矩形金属板体に、これを貫通する多数の丸穴を
設けて原料供給穴２１としたもので、原料供給穴２１
は、板体の周辺部を除く円形部分に、等間隔で多数形成
されている。

【００１７】押出部３は、原料供給部２の背面側（図１
（ｂ）における右端面側）に一体に設けた薄肉小径の金
属円板に排出溝３１となるハニカム状の貫通溝を形成し
てなる。この時、排出溝３１のハニカム状の溝の交点に
原料供給穴２１が連通するように配置すると、原料供給
穴２１から供給される原料が、排出溝３１内に均等に行
き渡るため、好ましい。原料供給穴２１は、溝の交点の
全てに対して設けても、あるいは１つ置きに設けてもよ
い。

【００１８】本発明の押出成形型１の製作は、通常公知
の方法で行われ、原料供給面２１側から原料供給穴２１
を加工した後、押出面３１側から排出溝３１を加工し
て、両者を連通させる方法が一般的である。原料供給穴
２１や排出溝３１の加工は、一般に知られるいずれの方
法で行ってもよく、例えば、原料供給穴２１はドリル等
を用いて、排出溝３１は研削ブレード等を用いて形成さ
れる。また、この際、好ましくは、原料供給部２の原料
供給面２２に、面粗度ができるだけ細かくなるように、
表面処理等を施すことが望ましく、後述する薄膜圧力セ
ンサ４の絶縁の確保が容易になる。その他の加工や処理
等も、必要に応じて適宜行うことができる。

【００１９】本発明の特徴は、原料供給部２の原料供給
面２２（図１（ａ）の正面、図１（ｂ）の左端面）に、
圧力検出手段としての薄膜圧力センサ４を設けたことに
ある。薄膜圧力センサ４は、原料供給面２２の右下半部
に複数並列配設され、図１（ｃ）に示すように、隣り合
う原料供給穴２１間に配置されて押出成形時の成形原料
の圧力を検出する検出体薄膜としての圧力検出膜４１
と、圧力検出膜４１の両端に接続した配線膜４２を有し
ている。配線膜４２は、原料供給穴２１間を原料供給部
２の下端縁部まで延びてリード線４３に接続される。本
実施の形態では、この圧力検出膜４１を、原料供給面２
２の略中心から外周方向（図１（ａ）の右方）に、原料
供給穴２１の数とほぼ対応させて、一直線上に配置して
いる。これにより、原料供給面２２の面内の圧力分布を
知ることができる。

【００２０】図２は、薄膜圧力センサ４の詳細を示す断
面図で、原料供給部２の原料供給面２２表面に形成した
下地絶縁膜４４上に、圧力検出膜４１、配線膜４２を順
次積層し、圧力検出膜４１と配線膜４２を覆って保護膜
４５を形成してなる。保護膜４５から露出する配線膜４
２の端部上面には、リード線４３を取り出すための電極
膜４６が形成してある。

【００２１】ここで、圧力検出膜４１としては、圧力ま
たは歪によって抵抗値が変化する薄膜、具体的には、圧
力感度の高いＣｒ６０〜９９原子％、酸素２０〜３９原
子％、金属元素０〜１０原子％のＣｒサーメットや、Ｍ
ｎ１２〜１８原子％、Ｎｉ１．５〜４原子％、残部Ｃｕ
からなるマンガニン、ニクロム（ＮｉＣｒ）等を用いる
ことができ、これらの薄膜を公知の圧力ゲージ（または
歪ゲージ）形状に成膜して圧力検出膜４１とすればよ
い。配線膜４２の材質としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等
の比抵抗が小さく、圧力、歪等に対する感度が小さいも
のが好適に使用される。

【００２２】下地絶縁膜４４の材質としては、例えば、
ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁性のセラミ
ックス、ポリイミド樹脂やフッ素系樹脂等が用いられ
る。保護膜４５は、薄膜圧力センサ４の表面を保護する
ためのもので、通常、ＳｉＯ₂等が用いられるが、本発
明のように薄膜圧力センサ４を押出成形型１の表面に設
置する場合には、ハニカム原料の流れに伴う摩擦が大き
くなるため、摩擦係数の小さい材料、例えば、フッ素系
樹脂等を使用するとより好ましい。

【００２３】薄膜圧力センサ４の製造方法を以下に示
す。まず、原料供給部２の原料供給面２２の、少なくと
もセンサ形成部位に、下地絶縁膜４４を成膜する。次い
で、この下地絶縁膜４４上面の所定部位に圧力検出膜４
１を積層し、さらに、この圧力検出膜４１とコンタクト
が取れるように配線膜４２を積層する。これらの膜の成
膜は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオ
ンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法等、通常の薄膜
の製造プロセスで可能な方法を用いることができる。ま
た、圧力検出膜４１、配線膜４２は、メタルマスクもし
くはホトマスク等によりパターニングを行って、所望の
形状とすればよい。

【００２４】なお、本実施の形態で、下地絶縁膜４４を
形成するのは、導電性材料からなる押出形成型１と、抵
抗値の変化を利用して圧力、歪等の物理量の変化を測定
する薄膜圧力センサ４との絶縁を確保し、短絡等による
不具合を防止するためである。従って、押出形成型１の
材質が導電性材料でない場合には、下地絶縁膜４４を設
ける必要はない。また、押出形成型１の材質が導電性材
料である場合に、各圧力検出膜４１上に成膜される配線
膜４２の一方を、それぞれ押出形成型１と短絡させてお
き、複数の薄膜圧力センサ４において配線膜４２の一方
のグランドを共通化させる構造とすれば、配線膜４２の
形成本数を減らせるので好ましい。

【００２５】次いで、圧力検出膜４１と配線膜４２のほ
ぼ全面を覆うように、保護膜４５を同様の方法で成膜す
る。さらに、保護膜４５を形成しない配線膜４２の端部
上面に、同様の方法で電極膜４６を形成した後、この電
極膜４６から半田付けやワイヤボンディングによりリー
ド線４３を取り出して、薄膜圧力センサ４とする。

【００２６】上記構成の圧力検出機能付押出成形型１の
作動について説明する。押出成形型１の原料供給面２２
側に、ハニカム原料を充填したシリンダを配置してピス
トンを所定の速度で下降させると、原料供給面２２に開
口する原料供給穴２１を経て、排出溝３１に原料が供給
され、押出面３２側からハニカム成形体が押出される。
この時、品質の良好なハニカム成形体を得るためには、
原料供給穴２１に供給されるハニカム原料の速度が均一
であることが望ましく、押出成形速度が中心部と外周部
で異なると、成形不良の原因となる。

【００２７】そこで、本実施の形態では、原料供給面２
２の中心から外周にかけて、複数の薄膜圧力センサ４を
設けて、原料供給時の各部位の圧力を検出する。例え
ば、薄膜圧力センサ４の圧力検出膜４１として圧力検知
用のＣｒサーメットを用いた場合、垂直方向に圧力が印
加されると抵抗が変化する特性を持つため、薄膜圧力セ
ンサ４の出力から原料供給面２２内の圧力分布を測定す
ることができ、この圧力分布から原料の流れの分布を知
ることができる。

【００２８】図３は、実際のセンサ出力の例で、押出成
形型１の中心に近い位置では出力に大きな差異はない
が、外周部でセンサ出力、すなわち成形圧力が急激に増
加していることがわかる。一般に、圧力の低い部分は原
料の流れが良く、逆に、圧力の高い部分は原料の流れが
悪くなるので、これを改善するには、例えば、外周部で
原料が流れやすくなるように丸穴径を大きくした抵抗板
を押出成形型１の入口側（原料供給面２２側）に配置
し、全体として押出成形速度が均一になるようにすれば
よい。また、例えば水分量が少ないと原料が硬くなって
圧力分布が発生しやすく、成形時設定速度が速すぎても
圧力分布が大きくなるため、水分量の増量を行ったり、
成形時設定速度を遅くしてもよい。このように、原料の
流れを圧力分布として定量的に知ることができるので、
最適な成形条件の設定や、適切な抵抗板や整流板の選択
が容易にできる。よって、高品質のハニカム構造体を、
効率良く得ることができる。

【００２９】図４、５に本発明の第２の実施の形態を示
す。図４（ａ）、（ｂ）のように、本実施の形態の基本
構成は、上記第１の実施の形態と同様であるが、薄膜圧
力センサ４を原料供給部２の原料供給面２２に直接成膜
せず、図５に示すシート状の薄膜圧力センサ４´を原料
供給面２２に貼り付けている。図５において、薄膜圧力
センサ４´は、ポリイミド樹脂等よりなる樹脂シート４
７上面に、上記第１の実施の形態と同様の方法で圧力検
出膜４１、配線膜４２を順次積層し、圧力検出膜４１と
配線膜４２のほぼ全面を保護膜４８で覆っている。保護
膜４８は、例えば、フッ素樹脂等の樹脂シートを用いる
ことができる。そして、保護膜４８から露出する配線膜
４２の端部上面に、上記第１の実施の形態と同様の方法
で電極膜４６が形成し、リード線４３を接続して薄膜圧
力センサ４´とする。

【００３０】この薄膜圧力センサ４´を、図４（ａ）、
（ｂ）のように、原料供給面２２の所定箇所に貼り付け
て、本発明の押出成形型とする。なお、樹脂シート４７
の代わりに金属箔を用いることもでき、この場合は、金
属箔上面に予め下地絶縁膜を形成して、絶縁性を確保す
る。下地絶縁膜としては、上記第１の実施の形態で用い
たのと同様の絶縁性セラミックスや樹脂が使用できる。
このような構成でも、上記第１の実施の形態と同様の効
果が得られる。図６は、センサ出力の例を示すもので、
このようにして得た圧力分布を基に成形条件等を調整す
ることで、成形性を大幅に向上することができる。

【００３１】図７に本発明の第３の実施の形態を示す。
図７（ａ）〜（ｃ）のように、本実施の形態では、上記
第１の実施の形態の基本構成に加えて、原料供給部２の
原料供給面２２に右上半部に、複数の薄膜温度センサ５
を配設している。薄膜温度センサ５は、薄膜圧力センサ
４の圧力検出膜４１の代わりに、温度検出膜５１を形成
したもので、温度検出膜５１から延びる配線膜５２を、
原料供給面２２端面においてリード線５３に接続する同
様の構成となっている。温度検出膜５１としては、温度
に対する抵抗値変化が大きい材料、例えばＰｔ等が好適
に使用される。

【００３２】薄膜温度センサ５は、温度によって抵抗値
が変わるため、その抵抗値から原料供給面２２内の温度
分布を知ることができる。従って、薄膜圧力センサ４の
出力に温度による変動がある場合には、この結果を基
に、薄膜圧力センサ４の出力を温度補正すれば、より正
確な圧力分布を知ることができる。また、原料の丸棒内
部に温度分布があると、例えば温度の低い部分で原料が
硬くなり、押出される抵抗が高くなる。その結果、圧力
分布が発生し、成形性を損なう懸念がある。従って、温
度分布の測定結果から、必要に応じて、成形原料の温度
管理を行うことで、より好適な成形条件で押出成形を行
うことができるので、ハニカム構造体の品質をさらに向
上させることができる。

【００３３】なお、上記薄膜圧力センサ４を設けずに、
薄膜温度センサ５を単独で設けることももちろんでき
る。上記したように、温度分布の測定により、間接的に
圧力分布を予測することができ、成形原料の温度管理、
その他の成形条件にフィードバックさせて、成形性を向
上することが可能である。また、上記各実施の形態で
は、薄膜圧力センサ４、薄膜温度センサ５を、原料供給
穴２１に対応させて配設したが、これらセンサの数や配
置は、上記各実施の形態の構成に限るものではなく、必
要な部位の圧力または温度を測定できるように配設され
ていればよい。

【００３４】また、上記各実施の形態では、圧力検出手
段として、圧力ゲージ（または歪ゲージ）形状の圧力検
出膜４１を備えた薄膜圧力センサ４、４´の例を示した
が、薄膜センサに限らず、原料の流れにより原料供給面
２２の各部に生じる歪や圧力を測定することが可能であ
ればよい。例えば、原料供給面２２自体を、変形による
歪出力が出る材料で構成する等、どのような構成であっ
てもよい。

【００３５】さらに、上記検出手段として、圧力、温度
以外の物理量を検出する手段を設けることもでき、検出
結果を成形条件等に反映させることで、より効果的な押
出成形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は押
出型の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図である。

【図２】第１の実施の形態における薄膜圧力センサの構
成を示す断面図で、図１（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【図３】第１の実施の形態の作用効果を説明するための
図で、薄膜圧力センサの出力と型中心からの距離の関係
を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示し、（ａ）は押
出型の正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡大図である。

【図５】第２の実施の形態における薄膜圧力センサの構
成を示す断面図である。

【図６】第２の実施の形態の作用効果を説明するための
図で、薄膜圧力センサの出力と型中心からの距離の関係
を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示し、（ａ）は押
出型の正面図、（ｂ）は押出型の断面図、（ｃ）は
（ａ）のＥ部拡大図である。

【符号の説明】

１押出成形型２原料供給部２１原料供給穴２２原料供給面３押出部３１押出溝３１押出面４薄膜圧力センサ（圧力検出手段）４１圧力検出膜（検出体薄膜）４２配線膜４３リード線５薄膜温度センサ（温度検出手段）５１温度検出膜（検出体薄膜）５２配線膜５３リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｊ 35/04 ３０１Ｂ０１Ｊ 35/04 ３０１Ｎ (72)発明者中西友彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者安藤芳康愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 2F055 AA39 BB19 CC12 DD01 EE11 FF49 GG01 GG11 4G054 BD19 DA06 4G055 AA08 AB03 AC10 EA03 4G069 AA01 AA08 AA09 BA16B CA03 EA19 FB67 4M112 AA01 BA01 CA46 EA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形原料を供給するための多数の原料供
給穴と、該原料供給穴に連通するハニカム形状の排出溝
を有し、上記原料供給穴を原料供給面となる一方の端面
に、上記排出溝を押出面となる他方の端面に開口させた
押出成形型であって、上記原料供給面に、押出成形時の
原料の状態を検出する検出手段を設けたことを特徴とす
る押出成形型。
【請求項２】上記検出手段を、上記原料供給面の複数
箇所に設置した請求項１記載の押出成形型。
【請求項３】上記検出手段が、検出体薄膜を備えた薄
膜センサである請求項１または２記載の押出成形型。
【請求項４】上記薄膜センサが、表面に摩擦抵抗の小
さな材料からなる保護膜を有している請求項３記載の押
出成形型。
【請求項５】上記検出手段が、押出成形時の原料の圧
力を検出する圧力検出手段、温度を検出する温度検出手
段の一方または両方である請求項１ないし４のいずれか
記載の押出成形型。