JP2009241165A - セラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 坏土供給穴とこの坏土供給穴に連通する成形溝とを有する成形用金型の加工装置及び加工方法であって、金型素材に坏土供給穴を形成した後、治具に取り付けた金型素材に、円形薄刃砥石により成形溝を加工するにあたり、（ａ）成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を成形溝の底部に残すことがなく、（ｂ）研削屑を除去するために大型のポンプを必要とせず、しかも研削屑がポンプ内に詰まることがなく、（ｃ）金型の製作効率を向上する、成形用金型の加工装置及び加工方法を得る。
【解決手段】 成形溝を形成する溝形成面と前記坏土供給穴を設ける穴加工面とを表裏に有する金型素材をセットする治具台を有し、前記治具台は、加圧室を有するとともに、前記加圧室を切削水で充満し前記切削水を０．０１〜１ＭＰａで加圧する加工装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、坏土供給穴とこの坏土供給穴に連通する成形溝とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置および加工方法に関する。

地域環境や地球環境の保全面から、自動車などのエンジンの排気ガスに含まれる有害物質を削減するため、セラミックハニカム構造体を使用した排気ガス浄化用の触媒コンバータや微粒子捕集用フィルタが使用されている。図５はセラミックハニカム構造体の斜視図と一部拡大図である。図５に示すように、通常、セラミックハニカム構造体５１は、外周壁５４と、この外周壁５４の内周側に各々直交するセル壁５２により形成された多数のセル５３を有する。

セラミックハニカム構造体５１は、例えばコーディエライト質となるセラミック坏土を、セラミックハニカム構造体成形用金型の坏土供給穴側から成形溝側に向けて押出し成形して、ハニカム状の成形体とし、その後、乾燥、焼成することで製造されている。図３は、セラミックハニカム構造体成形用金型１１の一例を示し、（ａ）は坏土供給穴１３側から見た斜視図、（ｂ）は格子状とした成形溝１２側から見た斜視図である。また、図４は、図３に示すセラミックハニカム構造体成形用金型１１での、成形溝１２と坏土供給穴１３との位置関係を示し、（ａ）は格子状とした成形溝１２側から見た平面図、（ｂ）は成形溝１２の交点に、坏土供給穴１３が千鳥状に配置されている一部平面図、（ｃ）は（ｂ）での矢視Ｂ−Ｂ断面図である。成形溝１２は、図３（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、格子状に縦横に直交するものが多く用いられている。なお、セラミックハニカム構造体成形用金型１１には、説明を省略するが、成形溝１２の交点ごとに坏土供給穴１３が配置されているものもある。

最近の排気ガス規制の強化に伴い、ディーゼルエンジンの微粒子除去用に用いられているセラミックハニカム構造体は、図５での外周壁５４の外径が１２５〜３００ｍｍと大径で、セル壁５２の気孔率が５０％以上と高気孔率で、セル壁厚５２ｔが０．０５〜０．５ｍｍと薄壁のものが使用されるようになってきている。これに伴い、図４（ｃ）に示す、セラミックハニカム構造体成形用金型１１の成形溝１２の溝幅１２ｗも狭くなってきている。一方で、成形時の成形体の変形や曲がりを防止するため、成形溝１２の溝深さ１２ｄは溝幅１２ｗの１０倍以上必要とされている。なお、図４（ａ）で、１１ｂは成形溝１２の形成範囲、図４（ｃ）で、１１ｔは金型素材の厚さ、１２ｐは成形溝ピッチ、１２ｓは溝形成面、１３ｄは坏土供給穴の直径、１３ｓは穴加工面である。成形溝１２は、一般にダイヤモンドを電着した円形薄刃砥石で研削加工されている。しかし、成形溝１２の溝幅１２ｗが狭く、溝深さ１２ｄが深くなると、成形溝１２の形成に伴って次々と発生する研削屑がスムーズに成形溝１２から排出されず、円形薄刃砥石の側面を偏摩耗させ、成形溝１２の加工精度が悪くなったり、最悪の場合は円形薄刃砥石を破損させることがある。

このようなセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法の問題に関して、特許文献１には、成形溝を形成する溝形成面と坏土供給穴を設ける穴加工面とを表裏に有する金型素材を準備し、この金型素材の穴加工面から坏土供給穴を形成し、次いで成形溝を形成するにあたり、減圧室を有する加工土台に金型素材をセットすると共に穴加工面を減圧室に対面配置させ、次いで、減圧室の内部を減圧しながら、金型素材の溝形成面を１５０μｍ以下の厚みを有する円形薄刃砥石により研削加工する開示がある。また、特許文献１には、既に形成したスリット溝の一部または全部をマスキング材により覆った状態で、円形薄刃砥石により研削加工する開示がある。この特許文献１によれば、成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を、供給穴を通して減圧室側に随時強制的に吸引除去し、研削部分に供給される潤滑油を成形溝内部にまで吸引して十分な潤滑状態で研削加工を行い、円形薄刃砥石の偏摩耗や破損がなく、金型素材にも損傷を与えず、スムーズに成形溝の加工が行えるとしている。

特開平１１−５８４０７号公報

しかしながら、特許文献１によるセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法では、以下（ａ）〜（ｃ）のような課題がある。
（ａ）成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を、供給穴を通して減圧室側に随時強制的に吸引除去しようとしているが、既に形成した成形溝全体に吸引力が及ばず、研削屑が形成済みの成形溝の底部に残ることがある。
（ｂ）減圧室内全体を減圧するためには大型のポンプを必要とし、また減圧吸引した研削屑が吸引ポンプ内に詰まることがある。
（ｃ）既に形成したスリット溝の一部または全部をマスキング材で覆っているが、研削加工の途中で工作機械を停止し、頻繁にマスキング材による覆いを行う必要があり、金型の製作効率が大きく低下しやすい。

したがって、本発明の課題は、坏土供給穴と該坏土供給穴に連通する成形溝とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法であって、金型素材に坏土供給穴を形成した後、治具に取り付けた金型素材に、加工工具で成形溝を加工するにあたり、（ａ）成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を成形溝の底部に残すことがなく、（ｂ）研削屑を除去するために大型のポンプを必要とせず、しかも研削屑がポンプ内に詰まることがなく、（ｃ）金型の製作効率を向上する、セラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置および加工方法を得ることにある。

本発明者は、上記課題について鋭意研究した。その結果、成形溝を形成するにあたり、加圧室を有する治具台に金型素材をセットすると共に穴加工面を加圧室に対面配置させ、加圧室を切削水で充満すると共にこの切削水を適切な圧力で加圧しながら金型素材の溝形成面を加工することで、上記課題が解決できるとの知見を得、本発明に想到した。

すなわち、本発明のセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置は、坏土供給穴と前記坏土供給穴に連通する成形溝とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置であって、前記加工装置は、前記成形溝を形成する溝形成面と前記坏土供給穴を設ける穴加工面とを表裏に有する金型素材をセットする治具台を有し、前記治具台は、加圧室を有するとともに、前記加圧室を切削水で充満し前記切削水を０．０１〜１ＭＰａで加圧することを特徴とする。

また、本発明のセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法は、坏土供給穴と前記坏土供給穴に連通する成形溝とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法であって、前記成形溝を形成する溝形成面と前記坏土供給穴を設ける穴加工面とを表裏に有する金型素材を準備し、前記金型素材に坏土供給穴を形成した後、前記坏土供給穴から成形溝形成用加工工具に切削水を供給しながら加工することを特徴とする

本発明のセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置および加工方法において、加圧室を切削水で充満し切削水を０．０１〜１ＭＰａで加圧するのは、切削水の加圧が０．０１ＭＰａ未満では圧力が不足して、成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑が除去できずに成形溝内に残ることがあるからである。一方、切削水の加圧が１ＭＰａを超えると研削屑の除去効果には差がなくなるからである。

また、本発明のセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法において、前記坏土供給穴から成形溝形成用加工工具に切削水を供給しながら加工するのは次の理由による。坏土供給穴から成形溝形成用加工工具に切削水を供給しながら加工することで、成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を除去することができる。ここで、坏土供給穴から成形溝形成用加工工具に切削水を供給しながら加工するには、次のようにすることが出来る。つまり、成形溝を形成するにあたり、加圧室を有する治具台に金型素材をセットし、穴加工面を加圧室に対面配置させて、加圧室に０．０１〜１ＭＰａで加圧された切削水を供給し、金型素材の溝形成面への加工工具の切り込みを、坏土供給穴に連通するようにして加工する。これにより、加工工具で加工された成形溝が坏土供給穴と連通し、切削水の加圧力が坏土供給穴から成形溝に伝わり、成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を除去することができるのである。尚、本発明において、加工工具は円形砥石であることが好ましい。

本発明のセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置及び加工方法によれば、（ａ）成形溝の形成に伴って次々と発生する研削屑を、成形溝の底部に残すことがなく除去でき、（ｂ）研削屑を除去するために大型のポンプを必要とせず、しかも研削屑がポンプ内に詰まることがなく、（ｃ）金型の製作効率を向上することができる。

次に、本発明に係るセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置及び加工方法を、実施の形態に基づき説明する。本発明に係るセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法で得られるセラミックハニカム構造体成形用金型１１は、前述した図３および図４に示すものである。セラミックハニカム構造体成形用金型１１の金型素材は、公知の金型材、例えば（ＪＩＳ）ＳＫ１３１３Ｄ６１のような合金工具鋼や、（ＪＩＳ）ＳＵＳ４２０Ｊ２のようなマルテンサイト系ステンレスなどが使用できるが、化学組成が質量比で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１％を超え２．５％以下、ＭｏとＷは単独または複合でＭｏ＋１／２Ｗ：１％以下、Ｖ：０．０３〜０．１５％、Ｃｕ：０．１〜１％、Ｓ：０．０５％以下、またはさらにＮｉ：２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、２９〜３３ＨＲＣにプリハードンした後、坏土供給孔１３と成形溝１２を加工している。

セラミックハニカム構造体成形用金型１１の金型素材は、図４で、幅１１ｂが１８０ｍｍ×１８０ｍｍ、厚さ１１ｔが２０ｍｍで、成形溝１２を形成する溝形成面１２ｓと坏土供給穴１３を設ける穴加工面１３ｓとを表裏に有している。成形溝１２は、溝幅１２ｗが０．１８ｍｍで、ピッチ１２ｐを１．３５ｍｍとした多数の縦溝と、これに直角に溝幅１２ｗが０．１８ｍｍで、ピッチ１２ｐを１．３５ｍｍとした多数の横溝とを交差させ、格子状としている。また、坏土供給孔１３は、直径１３ｄを１．４ｍｍ、加工深さを１５ｍｍとして、千鳥状に配置している。セラミックハニカム構造体成形用金型１１は、焼成後の口径が１２０ｍｍとなるコーディエライト質セラミックハニカム構造体の成形用としている。

先ず、成形溝１２を形成する溝形成面１２ｓと、坏土供給穴１３を設ける穴加工面１３ｓとを表裏に有する金型素材１１Ａを準備する。次に金型素材１１Ａを工作機械に搭載し、直径１．４ｍｍの超硬ドリルを用い、穴加工面１３ｓ側から１．３５ｍｍ間隔で加工深さ１５ｍｍとして千鳥状に５２００個、坏土供給穴１３を形成する。

次に、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石で研削加工して成形溝１２を形成する。図１は、成形溝１２を形成している状況を示す断面模式図である。図２は、図１での矢視Ａ−Ａ拡大図である。図１で、１は治具台、２は治具台１に形成した加圧室、３は加圧室２に供給する切削水４の供給パイプ、５はダイヤモンドを電着した幅０．１８ｍｍの円形薄刃砥石、６は治具台１を取り付ける工作機械のテーブルである。図示しないが、供給パイプ３には、最大で１ＭＰａの吐出圧力を持ち、比較的小型の切削水ポンプを接続している。なお、図１および図２で、前述した図３および図４と同様の構成は同符号で示している。

加圧室２を有する治具台１に金型素材１１Ａをセットすると共に穴加工面１３ｓを加圧室２に対面配置させている。そして、切削水ポンプ（図示せず）を運転して加圧室２を切削水４で充満すると共にこの切削水４を０．０１〜１ＭＰａで加圧しながら、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石５で研削加工している。このとき、円形薄刃砥石５での金型素材１１Ａへの切り込み（Ｓ）を、加工後の成形溝１２が、形成した坏土供給穴１３の頂部に連通するようにしている。図２は、加工後の成形溝１２が、形成した坏土供給穴１３の頂部に連通したときの拡大模式断面図である。図２に示すように、加工後の成形溝１２が、形成した坏土供給穴１３の頂部に連通すると、切削水４が円形薄刃砥石５の側面を通って溝形成面１２ｓに噴出し、円形薄刃砥石５の側面を潤滑すると共に、（ａ）成形溝１２の形成に伴って次々と発生する研削屑は、成形溝１２の底部に残ることなく除去される。（ｂ）また研削屑を除去するために比較的小型の切削水ポンプでよく、しかも研削屑が切削水ポンプ内に詰まることがない。（ｃ）さらに、特許文献１のような研削加工の途中での工作機械の停止がなく、金型の製作効率を向上することができる。

次に、実施例について説明する。
（試験用型材の準備）
成形用金型の試験用金型素材１１Ａを準備する。この金型素材１１Ａは、化学組成が質量比で、Ｃ：０．２０％、Ｓｉ：０．４４％、Ｍｎ：１．９５％、Ｃｒ：１．２５％、Ｍｏ：０．５０％、Ｖ：０．０４％、Ｃｕ：０．３０％、Ｓ：０．０１５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、坏土供給穴１３および成形溝１２の加工前に３１．３ＨＲＣにプリハードンしている。金型素材１１Ａは、成形溝１２を形成する溝形成面１２ｓと、坏土供給穴１３を設ける穴加工面１３ｓとを表裏に有している。この金型素材１１Ａをマシニングセンタ（図示せず）に搭載し、直径１．４ｍｍの超硬ドリルを用い、穴加工面１３ｓ側から１．３５ｍｍ間隔で加工深さ１５ｍｍとして５２００個、坏土供給穴１３を形成する。

（実施例１〜５の成形用金型の加工方法）
次に、前述した実施の形態に基づき、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石で研削加工して成形溝１２を形成する。すなわち、図１および図２で、加圧室２を有する治具台１に金型素材１１Ａをセットすると共に穴加工面１３ｓを加圧室２に対面配置させる。そして、切削水ポンプを運転して加圧室２を切削水４で充満すると共にこの切削水４を０．０１〜１ＭＰａの範囲で加圧しながら、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石５で研削加工する。このとき、円形薄刃砥石５での金型素材１１Ａへの切り込み（Ｓ）を、加工後の成形溝１２が、形成した坏土供給穴１３の頂部に連通するようにする。切削水の加圧力を変えて加工を行い実施例１〜５とする。

（比較例１の成形用金型の加工方法）
一方、切削水ポンプを運転して加圧室２を切削水４で充満すると共にこの切削水４を０．００８ＭＰａで加圧しながら、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石５で研削加工する。これを比較例１とする。

（比較例２の成形用金型の加工方法）
さらに、切削水ポンプを運転して加圧室２を切削水４で充満すると共にこの切削水４を１．１ＭＰａで加圧しながら、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石５で加工する。このとき、円形薄刃砥石５での金型素材１１Ａへの切り込み（Ｓ）を、加工後の成形溝１２が、形成した坏土供給穴１３の頂部に連通しないようにする。これを比較例２とする。

（成形用金型の製造方法の評価）
次に、加工後に成形溝１２の底部に残った研削屑の量を比較し、実施例１〜５および比較例１、２の各成形用金型の加工方法の評価を行う。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜５の成形用金型の加工方法は、切削水４を０．０１〜１ＭＰａの範囲で加圧しながら加工しているので、成形溝１２の形成に伴って次々と発生する研削屑を、成形溝１２の底部に残すことがなく除去できている。

一方、比較例１の成形用金型の加工方法は、切削水４を０．００８Ｐａで加圧しながら、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石５で研削加工しているので、切削水の加圧力が不足して、成形溝１２の形成に伴って次々と発生する研削屑が、成形溝１２の底部に残っている。

また、比較例２の成形用金型の加工方法は、切削水４を１．１ＭＰａで加圧しながら、金型素材１１Ａの溝形成面１２ｓを円形薄刃砥石５で研削加工しているが、円形薄刃砥石５での金型素材１１Ａへの切り込み（Ｓ）を、加工後の成形溝１２が、形成した坏土供給穴１３の頂部に連通するようにしていないので、成形溝１２の形成に伴って次々と発生する研削屑が、成形溝１２の底部に残っている。

本発明に係る成形用金型の加工方法での、成形溝１２を形成している状況を示す断面模式図である。 図１での矢視Ａ−Ａ拡大図である。 成形用金型１１の一例を示し、（ａ）は坏土供給穴１３側から見た斜視図、（ｂ）は格子状とした成形溝１２側から見た斜視図である。 図３に示す成形用金型１１での、成形溝１２と坏土供給穴１３との位置関係を示し、（ａ）は格子状とした成形溝１２側から見た平面図、（ｂ）は成形溝１２の交点に、坏土供給穴１３が千鳥状に配置されている一部平面図、（ｃ）は（ｂ）での矢視Ｂ−Ｂ断面図である。 ハニカム構造体の斜視図と一部拡大図である。

符号の説明

１：治具台
２：加圧室
３：切削水の供給パイプ
４：切削水
５：円形薄刃砥石
６：工作機械のテーブル
１１：セラミックハニカム構造体成形用金型（成形用金型）
１１Ａ：金型素材
１１ｔ：金型素材の厚さ
１２：成形溝
１２ｄ：成形溝の溝深さ
１２ｐ：成形溝のピッチ
１２ｓ：溝形成面
１２ｗ：成形溝の溝幅
１３：坏土供給穴
１３ｓ：穴加工面
１３ｄ：坏土供給穴の直径
５１：セラミックハニカム構造体（ハニカム構造体）
５２：セル壁
５３：セル
５４：外周壁

Claims (2)

1. 坏土供給穴と前記坏土供給穴に連通する成形溝とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置であって、前記加工装置は、前記成形溝を形成する溝形成面と前記坏土供給穴を設ける穴加工面とを表裏に有する金型素材をセットする治具台を有し、前記治具台は、加圧室を有するとともに、前記加圧室を切削水で充満し前記切削水を０．０１〜１ＭＰａで加圧することを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型の加工装置。
2. 坏土供給穴と前記坏土供給穴に連通する成形溝とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法であって、前記成形溝を形成する溝形成面と前記坏土供給穴を設ける穴加工面とを表裏に有する金型素材を準備し、前記金型素材に坏土供給穴を形成した後、前記坏土供給穴から成形溝形成用加工工具に切削水を供給しながら加工することを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型の加工方法。
   

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