JP2002283325A

JP2002283325A - 押出成形用ダイス

Info

Publication number: JP2002283325A
Application number: JP2001091182A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Naruse; 和也成瀬
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】押出成形法により作製したセラミック成形体
の断面における垂直方向の長さと、上記セラミック成形
体の断面における水平方向の長さとを、自重により変形
した後であっても同じとすることができる押出成形用ダ
イスを提供する。【解決手段】成形材料供給部と成形溝部と枠部とから
構成され、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設
されたセラミック成形体を作製するための押出成形用ダ
イスであって、枠部内壁間の垂直方向の距離が、上記枠
部内壁間の水平方向の距離よりも長いことを特徴とする
押出成形用ダイス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数の貫通孔が隔
壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック成形体を作
製するための押出成形用ダイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】バス、トラック等の車両や建設機械等の
内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題とな
っている。この排気ガスを多孔質セラミックを通過させ
ることにより、排気ガス中のパティキュレートを捕集し
て排気ガスを浄化するセラミックフィルタが種々提案さ
れている。

【０００３】セラミックフィルタは、通常、図５に示し
たような多孔質セラミック部材６０が複数個結束されて
セラミックフィルタ５０を構成している。また、この多
孔質セラミック部材６０は、図６に示したように、長手
方向に多数の貫通孔６１が並設され、貫通孔６１同士を
隔てる隔壁６３がフィルタとして機能するようになって
いる。

【０００４】即ち、多孔質セラミック部材６０に形成さ
れた貫通孔６１は、図６（ｂ）示したように、排気ガス
の入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材６２に
より目封じされ、一の貫通孔６１に流入した排気ガス
は、必ず貫通孔６１を隔てる隔壁６３を通過した後、他
の貫通孔６１から流出するようになっており、排気ガス
がこの隔壁６３を通過する際、パティキュレートが隔壁
６３部分で捕捉され、排気ガスが浄化される。

【０００５】このような多孔質セラミック部材６０のな
かで、特に、多孔質炭化珪素部材は、極めて耐熱性に優
れ、再生処理等も容易であるため、種々の大型車両やデ
ィーゼルエンジン搭載車両等に使用されている。

【０００６】従来、このような多孔質セラミック部材を
製造する際には、まず、セラミック粉末とバインダーと
分散媒液とを混合して成形体作製用の混合組成物を調製
した後、この混合組成物を押出成形用ダイスが備えられ
た押出成形装置に投入し、押出成形等を行うことによ
り、図６に示した多孔質セラミック部材６０と略同形状
の成形体、即ち、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向
に並設されたセラミック成形体を作製する。

【０００７】次に、得られたセラミック成形体をヒータ
ー等により乾燥させることで、セラミック成形体を、一
定の強度を有し、取り扱い性に優れる乾燥体とする。

【０００８】このセラミック成形体の乾燥工程の後、セ
ラミック成形体を酸素含有雰囲気下において、４００〜
６５０℃に加熱し、有機バインダー成分中の溶剤を揮発
させるとともに、樹脂成分を分解消失させる脱脂工程を
行い、さらに、セラミック粉末を不活性ガス雰囲気下、
２０００〜２２００℃に加熱することにより焼結させる
焼成工程を行うことで、多孔質セラミック部材を製造す
る。

【０００９】このような多孔質セラミック部材の製造方
法において、原料の混合組成物を押出成形してセラミッ
ク成形体を作製する際には、通常、格子状に多数の溝が
形成された押出成形用ダイスを使用する。

【００１０】図４（ａ）は、上記押出成形用ダイスの一
例を模式的に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は、
（ａ）に示した押出成形用ダイスの部分拡大正面図であ
る。

【００１１】図４に示した通り、押出成形用ダイス４０
は、主に、成形材料供給部４１と成形溝部４３と成形溝
部４３を外側から支持する枠部４６とから構成されてい
る。

【００１２】成形材料供給部４１には、セラミック粉末
とバインダー等とからなる混合組成物を通過させるため
に、複数の円錐台形状の供給穴４２が形成されており、
一方、成形溝部４３には、供給穴４２を通過した混合組
成物をセラミック成形体の形状に成形するために、平面
視格子形状の成形溝４４が形成されている。また、枠部
４６の内壁４６ａは、最外周の成形溝４４ａの外側壁面
を構成している。

【００１３】即ち、この成形溝部４３においては、多数
の四角柱形状の柱状部４５が成形材料供給部４１を構成
する部材に支持された状態で、丁度図の紙面に垂直に配
列されており、この柱状部４５が配列されることにより
形成された成形溝４４を混合組成物が連続的に通過し
て、図６に示した多孔質セラミック部材６０と略同形状
のセラミック成形体が作製されるようになっている。

【００１４】この押出成形用ダイス４０を用いて押出成
形装置で押出成形を行う際には、まず、上述したような
材料からなる混合組成物を押出成形装置に投入する。次
に、投入した混合組成物は、スクリュー等により押出成
形用ダイス４０方向に押し出され、続いて、押出成形用
ダイス４０の供給穴４２に押し込まれる。そして、供給
穴４２を通過した混合組成物が、柱状部４５の間に形成
された成形溝４４を通過して押し出されることにより、
多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に多数並設された
柱状のセラミック成形体を作製する。

【００１５】ここで、図４（ｂ）に示した通り、従来の
押出成形用ダイス４０は、枠部４６の内壁４６ａ間の垂
直方向の距離と、内壁４６ａ間の水平方向の距離とは同
じ、即ち、枠部４６の内壁４６ａは正方形を形成してい
るものであった。従って、このような押出成形用ダイス
４０を用いて押出成形した直後のセラミック成形体の断
面の外形も正方形であった。

【００１６】しかしながら、押出成形直後のセラミック
成形体は充分に硬くないため、次第にセラミック成形体
の自重により変形し、セラミック成形体の断面における
垂直方向の長さが、該断面における水平方向の長さより
も短くなってしまう。即ち、上記セラミック成形体の断
面の外形が正方形でなくなってしまっていた。

【００１７】従来、このようなセラミック成形体の自重
による変形に対しては、混合組成物に添加するバインダ
ーの量を調整し、セラミック成形体の粘度を高くするこ
とで、セラミック成形体の自重による変形の防止を図っ
ていたが、上述した通り、混合組成物は押出成形するた
めに、ある程度の流動性を確保する必要があった。従っ
て、上記混合組成物を余り高粘度にすることができず、
セラミック成形体の自重による変形を抑えるには、一定
の限界があった。

【００１８】従って、上記セラミック成形体を脱脂、焼
成して多孔質セラミック部材を製造すると、多孔質セラ
ミック部材の断面も、その垂直方向の長さと水平方向の
長さとが異なるものとなり、正方形でなくなってしま
う。

【００１９】このような多孔質セラミック部材を複数個
結束してセラミックブロックを組み上げた後、該セラミ
ックブロックの外周を切削して、図５に示したような形
状のハニカムフィルタを作製しようとすると、上記多孔
質セラミック部材の立体的配置を揃えることが必須の条
件となる。これは、上記セラミックブロックを組み上げ
た際、該セラミックブロックの外周に凹凸が形成される
ことがないようにするとともに、各多孔質セラミック部
材間の接着強度を向上させるためであるが、このよう
に、多孔質セラミック部材の立体的配置を揃えるために
は、製造過程の多孔質セラミック部材の立体的配置を常
に管理する必要があり、ハニカムフィルタの製造工程が
煩雑なものとなっていた。

【００２０】さらに、複数個の多孔質セラミック部材の
立体的配置を揃えて結束し、セラミックブロックを作製
した場合であっても、このセラミックブロックの断面に
おける垂直方向の長さと水平方向の長さとの差は大きな
ものとなる。また、上記セラミックブロックの外周を切
削することにより作製するハニカムフィルタの直径は、
上記セラミックブロックの断面における垂直方向の長さ
に合わせる必要があるため、所定の大きさのハニカムフ
ィルタを製造することができないことがあった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するためになされたもので、押出成形法により
作製したセラミック成形体の断面における垂直方向の長
さと、上記断面における水平方向の長さとを、セラミッ
ク成形体が自重により変形した後であっても同じとする
ことができる押出成形用ダイスを提供することを目的と
する。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の押出成形用ダイ
スは、成形材料供給部と成形溝部と枠部とから構成さ
れ、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された
セラミック成形体を作製するための押出成形用ダイスで
あって、枠部内壁間の垂直方向の距離が、上記枠部内壁
間の水平方向の距離よりも長いことを特徴とするもので
ある。以下、本発明の押出成形用ダイスについて、図面
を参照しながら説明する。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の押出成形用ダイスは、成
形材料供給部と成形溝部と枠部とから構成され、多数の
貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック
成形体を作製するための押出成形用ダイスであって、枠
部内壁間の垂直方向の距離が、上記枠部内壁間の水平方
向の距離よりも長いことを特徴とするものである。

【００２４】図１（ａ）は、本発明の押出成形用ダイス
の一例を模式的に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）
は、（ａ）に示した押出成形用ダイスの部分拡大正面図
である。また、図２（ａ）は、図１に示した押出成形用
ダイスを用いて押出成形した直後のセラミック成形体の
様子を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）
に示したセラミック成形体を暫く静置した後の状態を模
式的に示した正面図である。

【００２５】図１に示した通り、本発明の押出成形用ダ
イス１０は、主に、成形材料供給部１１と、成形溝部１
３と、成形溝部１３を外側から支持する枠部１６とから
構成されており、枠部１６の内壁１６ａ間の垂直方向の
距離Ｌが、枠部１６の内壁１６ａ間の水平方向の距離Ｄ
よりも長くなるように調整されている。これは、以下に
挙げる理由による。

【００２６】即ち、上述したような形状からなる押出成
形用ダイス１０を用いてセラミック成形体を押出成形す
ると、図２（ａ）に示した通り、作製されるセラミック
成形体２０ａの断面における垂直方向の長さｌが、上記
断面における水平方向の長さｄよりも長いものとなる。

【００２７】このようなセラミック成形体２０ａは、そ
の後、自重により変形すると、図２（ｂ）に示した通
り、その断面の外形が略正方形であるセラミック成形体
２０となる。即ち、押出成形用ダイス１０を用いてセラ
ミック成形体２０ａを押出成形した後、自重により変形
したセラミック成形体２０の断面における垂直方向の長
さが、上記断面における水平方向の長さとなるように、
押出成形用ダイス１０の内壁１６ａ間の距離Ｌを、内壁
１６ａ間の距離Ｄより長くなるように設計するのであ
る。

【００２８】内壁間１６ａの垂直方向の距離Ｌと水平方
向の距離Ｄとの調整は、目的とするセラミック成形体の
大きさ、及び、セラミック成形体の粘度等を考慮して適
宜行うものであるが、内壁１６ａ間の垂直方向の距離Ｌ
と、内壁１６ａ間の水平方向の距離Ｄとは、下記数式
（１）で表される関係を有することが望ましい。

【００２９】０．１≦（Ｌ−Ｄ）×１００／Ｄ≦２．０・・・（１）

【００３０】即ち、本発明の押出成形用ダイス１０で
は、内壁１６ａ間の垂直方向の距離Ｌは、内壁１６ａ間
の水平方向の距離Ｄよりも０．１〜２．０％だけ長いこ
とが望ましい。０．１％未満であると、作製した直後の
セラミック成形体が自重により変形した際、その断面の
外形が正方形でなくなる場合がある。一方、２．０％を
超えると、作製した直後のセラミック成形体の断面の垂
直方向の長さが長くなりすぎ、やはり、セラミック成形
体の断面の外形が正方形でなくなる場合がある。

【００３１】押出成形用ダイス１０の材料としては特に
限定されず、例えば、工具鋼、熱間金型用の工具鋼、超
硬合金、また、これらの材料にダイヤモンド粉末を混合
したもの等が挙げられる。

【００３２】また、成形溝部１３の厚さは１．０〜１０
ｍｍ程度であることが好ましい。上記厚さが１．０ｍｍ
未満であると、成形溝部１３の厚さが薄くなるため、作
製するセラミック成形体の形が安定しない。一方、上記
厚さが１０ｍｍを超えると、経済的に不利になるととも
に、押し出し抵抗が高くなり、生産効率が低下する。ま
た、成形溝１４の内壁間の距離は、目的とするセラミッ
ク成形体の内壁や外壁の厚さに合わせて適宜決定すれば
よい。

【００３３】また、本発明の押出成形用ダイスの形状
は、図１に示したような、その正面形状が矩形状のもの
に限定されることはなく、例えば、図３に示したよう
な、その平面形状が楕円形のものであってもよい。な
お、図３は、本発明の押出成形用ダイスの別の一例を模
式的に示した部分拡大正面図である。

【００３４】図３に示した通り、この押出成形用ダイス
３０は、多数の柱状部３５が、格子状の成形溝３４を介
して配列されており、最外周の成形溝３４ａの形状が楕
円形で、最外周の成形溝３４ａに接している柱状部３５
の断面が、最外周の成形溝３４ａの曲線に沿って切り取
られたような形状となっているほかは、押出成形用ダイ
ス１０と略同様の構成である。

【００３５】このような押出成形用ダイス３０により押
出成形されるセラミック成形体の断面の外形は楕円形で
あり、その断面の垂直方向が、長軸となるように押出成
形される。このようにして押出成形されたセラミック成
形体の長軸の長さは、その後自重により変形すること
で、セラミック成形体の短軸と同じ長さとなるように調
整されている。即ち、セラミック成形体の断面の外形が
真円となるため、上述した押出成形用ダイス１０と同様
に、その後製造する多孔質セラミック部材の立体的配置
を特に管理する必要がなくなる。また、押出成形用ダイ
ス３０を構成する材料等については、上述した押出成形
用ダイス１０と同様のものを挙げることができる。

【００３６】上記セラミック成形体を構成するセラミッ
ク材料としては特に限定されず、種々のセラミックが挙
げられるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械
的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が好ま
しい。

【００３７】また、上記セラミック成形体の粘度として
は、押出成形する際の流動性とある程度の形状保持性と
を確保することができるものであればよく、具体的に
は、６００〜１２００Ｐａ・ｓに調整されていることが
望ましい。

【００３８】以上、説明した通り、本発明の押出成形用
ダイスは、枠部内壁間の垂直方向の距離が、上記枠部内
壁間の水平方向の距離よりも長くなるように調整されて
いる。従って、本発明の押出成形用ダイスを用いて、押
出成形された直後のセラミック成形体の断面における垂
直方向の長さは、該断面における水平方向の長さよりも
長く、その後、上記セラミック成形体が自重により変形
することで、その断面における垂直方向の長さと、上記
断面における水平方向の長さとが同じとなる。即ち、上
記セラミック成形体の断面の外形は、正方形又は真円と
なる。従って、その後に製造する多孔質セラミック部材
の断面の外形も、正方形又は真円となるため、上記多孔
質セラミック部材を複数個結束してハニカムフィルタを
作製する際、上記多孔質セラミック部材の立体的配置を
特に管理する必要がなく、容易にハニカムフィルタを作
製することができる。

【００３９】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００４０】実施例１初めに、超硬合金を用いて、図１に示したような成形材
料供給部１１、成形溝部１３、及び、成形溝部１３を外
側から支持する枠部１６からなる押出成形用ダイス１０
を作製した。

【００４１】作製した押出成形用ダイス１０の内壁１６
ａ間の垂直方向の距離Ｌは３３．２ｍｍ、内壁１６ａ間
の水平方向の距離Ｄは３３ｍｍ（（Ｌ−Ｄ）×１００／
Ｄ＝０．６１）であり、成形溝部１３の厚さが１．５ｍ
ｍ、成形溝１４の幅が０．３５ｍｍであった。

【００４２】そして、炭化珪素粉末１００重量部、メチ
ルセルロースからなるバインダー９重量部、ポリオキシ
エチレンモノブチルエーテルからなる分散剤（日本油脂
社製、商品名：ユニルーブ）４．５重量部、グリセリン
からなる溶媒２重量部、水２１重量部を配合した後、ボ
ールミル中にて５時間混合することにより、均一な混合
組成物を調製した。この混合組成物の粘度は８８０Ｐａ
・ｓであった。

【００４３】この混合組成物を押出成形用ダイス１０を
取り付けた押出成形装置に充填し、押出速度２ｃｍ／分
にて押出成形し、図６に示した多孔質セラミック部材６
０と略同形状の角柱形状からなるセラミック成形体を作
製した。このセラミック成形体は、押出成形直後の大き
さが３３．２ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで、貫通孔の
数が３１個／ｃｍ^２、隔壁の厚さが０．３５ｍｍであ
った。

【００４４】そして、上記セラミック成形体を暫く静置
して自重により変形させた後、再度その大きさを測定し
たところ、３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍであった。
即ち、このセラミック成形体の断面の外形は、正方形と
なっていた。

【００４５】比較例１押出成形用ダイスを、その断面の一辺が３３ｍｍの正方
形であるとしたほかは、実施例１と同様にセラミック成
形体を作製した。

【００４６】その結果、上記セラミック成形体は、押出
成形直後の大きさは３３ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍで
あったが、上記セラミック成形体を暫く静置して自重に
より変形した後の大きさを測定すると、その大きさは３
２．８ｍｍ×３３ｍｍ×３００ｍｍであった。

【００４７】実施例１及び比較例１に係るセラミック成
形体を用いて多孔質セラミック部材を製造し、その後、
図５に示したようなハニカムフィルタを作製したとこ
ろ、実施例１に係るハニカムフィルタは、その製造過程
において、多孔質セラミック部材の立体的配置を特に管
理する必要がなく、所定の大きさのハニカムフィルタを
容易に作製することができた。一方、比較例１に係るハ
ニカムフィルタは、その製造過程において、多孔質成形
体フィルタの立体的配置を常に管理する必要があり、さ
らに、比較例１に係るハニカムフィルタの直径は、実施
例１に係るハニカムフィルタの直径よりも若干小さなも
のであった。

【００４８】

【発明の効果】本発明の押出成形用ダイスは、上記の通
りであるので、押出成形法により作製したセラミック成
形体の断面における垂直方向の長さと、上記断面におけ
る水平方向の長さとを、セラミック成形体が自重により
変形した後であっても同じとすることができる。また、
その後に製造する多孔質セラミック部材の立体的配置を
特に管理する必要がないため、所定の大きさのハニカム
フィルタを容易に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の押出成形用ダイスの一例を
模式的に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は、その
部分拡大正面図である。

【図２】（ａ）は、図１に示した押出成形用ダイスを用
いて押出成形した直後のセラミック成形体の様子を模式
的に示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセ
ラミック成形体を暫く静置した後の様子を模式的に示し
た正面図である。

【図３】本発明の押出成形用ダイスの別の一例を模式的
に示した部分拡大正面図である。

【図４】（ａ）は、従来の押出成形用ダイスの一例を模
式的に示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は、その部
分拡大正面図である。

【図５】ハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視
図である。

【図６】（ａ）は、図５に示したハニカムフィルタを構
成する多孔質セラミック部材の一例を模式的に示した斜
視図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１０、４０押出成形用ダイス１１、４１成形材料供給部１２、４２供給穴１３、４３成形溝部１４、４４成形溝１４ａ、４４ａ最外周の成形溝１５、４５柱状部１６、４６枠部１６ａ、４６ａ内壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形材料供給部と成形溝部と枠部とから
構成され、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設
されたセラミック成形体を作製するための押出成形用ダ
イスであって、枠部内壁間の垂直方向の距離が、前記枠
部内壁間の水平方向の距離よりも長いことを特徴とする
押出成形用ダイス。
【請求項２】枠部内壁間の垂直方向の距離Ｌと、前記
枠部内壁間の水平方向の距離Ｄとは、下記数式（１）で
表される関係を有する請求項１記載の押出成形用ダイ
ス。０．１≦（Ｌ−Ｄ）×１００／Ｄ≦２．０・・・（１）