JP2010076133A - ハニカム構造体成形用口金 - Google Patents

Abstract

【課題】製造過程において、裏孔及び格子状の溝部が形成される第１の板状部材と、ハニカム成形用のスリットが形成される第２の板状部材とを接合させたときの、第１の板状部材に形成された格子状の溝部の変形を抑制することが可能なハニカム構造体成形用口金を提供する。
【解決手段】少なくとも一方の面側に開口した複数の裏孔が形成された第１の板状部材２と、第１の板状部材２の他方の面側に配設されたセラミック原料を成形するためのスリット１２が格子状に形成された第２の板状部材３とを備え、第１の板状部材２の、第２の板状部材３に接合される面側に、第２の板状部材３に形成されたスリット１２に重なるように格子状に形成されると共に複数の裏孔の少なくとも一部と連通するスリット状の溝部が形成され、裏孔が、第１の板状部材２の中心を中心とした、第１の板状部材２の外周形状と相似形の領域に形成されたハニカム構造体成形用口金１。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体成形用口金に関し、更に詳しくは、製造過程において、裏孔及び格子状の溝部が形成される第１の板状部材と、ハニカム成形用のスリットが形成される第２の板状部材とを接合させたときの、第１の板状部材に形成された格子状の溝部の変形を抑制することが可能なハニカム構造体成形用口金に関する。

従来、ハニカム構造体成形用口金は、例えば、第１の板状部材に少なくとも一方の面側に開口する複数の裏孔を形成し、第１の板状部材の他方の面に裏孔に連通するスリット状の溝部を格子状に形成し、第１の板状部材の他方の面と第２の板状部材とをホットプレスにより接合し、第２の板状部材に、第１の板状部材に形成された溝部に重なると共に溝部に連通するように格子状にスリットを形成することにより作製されている（例えば、特許文献１、２参照）。通常、裏孔は、格子状に形成された溝部（格子状に形成されたスリット）の、格子形状における交差位置に対応する位置に設けられている。このようなハニカム構造体成形用口金は、セラミック原料を押出成形してセラミックハニカム構造体を製造するための、押出成形用の口金として用いられる。

第１の板状部材は、通常、ステンレス鋼等の硬い部材により形成されているため、第１の板状部材に裏孔を形成する方法としては、ＥＣＭ加工（電解加工）が採用されている。ＥＣＭ加工によれば、ステンレス鋼等の硬い部材に、細く、深い孔を精度良く開けることが可能である。そして、ＥＣＭ加工の方法としては、生産効率を向上させるため、通常、一列又は数列に並んだ電極を用いて順次裏孔を形成していき、所望の範囲を開口するようにしている。このような方法で裏孔を開けた第１の板状部材１０１を備えたハニカム構造体成形用口金１０２を図７に示す。図７は、従来のハニカム構造体成形用口金１０２を、裏孔１０３が形成された第１の板状部材１０１側から見た平面図である。
特開２００６−０５１６８２号公報 特開２００６−２６３８６５号公報

しかし、図７に示すような第１の板状部材１０１を用いてハニカム構造体成形用口金１０２を作製すると、第１の板状部材と第２の板状部材とが、通常、異なる材質（異なる熱膨張率・収縮率を示す材料）で形成されているため、第１の板状部材１０１と第２の板状部材とをホットプレスにより接合したときに、第１の板状部材１０１が変形し、第１の板状部材に形成された格子状の溝部が変形するという問題があった。第１の板状部材１０１は、ホットプレスにより加熱するときに膨張し、その後冷却するときに収縮するが、図７に示す第１の板状部材１０１は、裏孔１０３が形成されていない領域が４箇所に分散して存在するため、収縮時に第１の板状部材１０１の表面において大きく収縮する方向とあまり収縮しない方向とがある。具体的には、裏孔１０３が多く形成された方向Ｐにおいては大きく収縮し、裏孔１０３が少なく形成された方向Ｑにおいては収縮が小さい。このため、第１の板状部材１０１の溝部の格子形状が変形すると考えられる。

第１の板状部材に形成された格子状の溝部が変形すると、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合した後に第２の板状部材にスリットを形成するときに、スリットの形成に使用するスライサーの刃が、溝部の空間からはずれて第１の板状部材に接触してしまい、スリットの形成ができないことがあった。通常、第２の板状部材にスリットを形成する場合、スリット形成用のスライサーの刃を、第１の板状部材に形成された溝部に沿って、且つ空間となっている溝部内にスライサーの一部（先端部分）を入れた状態で、第２の板状部材を切りながら移動させる。従って、スリット形成用のスライサーの刃が第１の板状部材の溝部以外の部分に接触すると、スライサーの刃をそれ以上進めることができなくなり、スリットの形成ができなくなるのである。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、製造過程において、裏孔及び格子状の溝部が形成される第１の板状部材と、ハニカム成形用のスリットが形成される第２の板状部材とを接合させるときに、第１の板状部材に形成された格子状の溝部の変形を抑制することが可能なハニカム構造体成形用口金を提供することを特徴とする。

上記課題を達成するため、本発明によって以下のハニカム構造体成形用口金が提供される。

［１］ 少なくとも一方の面側に開口した厚さ方向に延びる複数の裏孔が形成された第１の板状部材と、前記第１の板状部材の他方の面側に配設されたセラミック原料をハニカム形状に成形するためのスリットが、格子状に形成された第２の板状部材と、を備え、前記第１の板状部材の、前記第２の板状部材に接合される面側に、前記第２の板状部材に形成されたスリットに重なるように格子状に形成されると共に前記複数の裏孔の少なくとも一部と連通するスリット状の溝部が形成され、前記裏孔が、前記第１の板状部材の中心を中心とした、前記第１の板状部材の外周形状と相似形の領域に形成されたハニカム構造体成形用口金。

［２］ 前記裏孔が形成される領域の面積が、前記第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積の７０〜１００％である［１］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［３］ 前記裏孔全てが、前記第１の板状部材の前記溝部に連通する貫通裏孔であり、前記貫通裏孔が形成される領域の面積が７０〜１００％である［１］又は［２］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［４］ 前記裏孔の一部が前記貫通裏孔であり、前記裏孔の残部が前記一方の面側のみに開口して前記溝部に連通しない擬似裏孔である［１］又は［２］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［５］ 前記擬似裏孔の、前記第１の板状部材の厚さ方向の深さが、前記第１の板状部材の厚さの５０〜９９％である［４］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［６］ 前記裏孔が形成される領域の面積が、前記第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積の１００％であり、前記擬似裏孔が前記第１の板状部材の外周を含む領域に形成され、前記貫通裏孔が前記第１の板状部材の中心を含む一つの領域に形成された［４］又は［５］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［７］ 前記第１の板状部材が円板状であり、前記貫通裏孔が、前記第１の板状部材の、四角形の四つの頂点部分が前記第１の板状部材の外周に沿って切り取られた形状である八角形状の領域に、形成された［６］に記載のハニカム構造体成形用口金。

本発明のハニカム構造体成形用口金によれば、裏孔が、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域、に形成されたため、第１の板状部材と第２の板状部材とをホットプレスにより接合し、その後冷却したときに、第１の板状部材の歪みが小さくなり、第１の板状部材に形成された格子状の溝部の格子形状の変形を抑制することが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

（１）ハニカム構造体成形用口金
本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態について説明する。図１は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態を模式的に示し、スリットが形成された第２の板状部材側から見た斜視図であり、図２は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態を模式的に示し、裏孔が形成された第１の板状部材側から見た斜視図である。また、図３は、図１に示すハニカム構造体成形用口金の、第２の板状部材側の表面の一部を示す拡大平面図である。また、図４は、図３に示すハニカム構造体成形用口金のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、少なくとも一方の面４側に開口した厚さ方向に延びる複数の裏孔１１が形成された第１の板状部材２と、第１の板状部材２の他方の面５側に配設されたセラミック原料をハニカム形状に成形するためのスリット１２が格子状に形成された第２の板状部材３と、を備え、第１の板状部材２の、第２の板状部材３に接合される面（他方の面５）側に、第２の板状部材３に形成されたスリット１２に重なるように格子状に形成されると共に複数の裏孔１１の少なくとも一部と連通するスリット状の溝部１３が形成され、裏孔１１が、第１の板状部材２の中心を中心とした、第１の板状部材２の外周形状と相似形の領域１４に形成されたものである。

このように、裏孔１１が、第１の板状部材２の中心を中心とした、第１の板状部材２の外周形状と相似形の領域、に形成されたため、第１の板状部材２と第２の板状部材３とをホットプレスにより接合し、その後冷却したときに、第１の板状部材２の歪みが小さくなり、第１の板状部材２に形成された格子状の溝部１３の格子形状の変形を抑制することが可能である。裏孔１１が、第１の板状部材２の中心を中心とした、第１の板状部材２の外周形状と相似形の領域、に形成された場合、第１の板状部材２全体が比較的均一に膨張、収縮するため、溝部１３の格子形状が変形し難いのである。

ここで、「第１の板状部材の中心」とは、第１の板状部材が均一な厚さの一枚の板であるとした場合の、第１の板状部材の重心に相当する位置を意味し、第１の板状部材の外周形状が円形の場合は、当該円の中心であり、長方形の場合は、対角線の交点である。また、「第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域」とは、裏孔が形成される領域であって、その領域の中心が第１の板状部材の中心と同じ位置にあり、その領域の外周形状が第１の板状部材の外周形状と相似形であることを意味する。この場合、「第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域」は、第１の板状部材の外周形状と同じである場合も含まれ、すなわち、裏孔が第１の板状部材全体に形成される場合も含まれる。また、裏孔が上記「領域」に形成されるというときは、裏孔が上記「領域」全体に形成されることを意味する。また、「溝部１３が、スリット１２に重なるように形成されている」とは、ハニカム構造体成形用口金を、スリットが形成された表面に直交する方向から見たときに、溝部１３とスリット１２とが重なった状態であることを意味する。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１を用いて押出成形されるセラミックハニカム構造体は、流体の流通方向に延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を備えたセラミックハニカム構造体である。本実施形態のハニカム構造体成形用口金１を用いてセラミックハニカム構造体を製造する際に用いるセラミック原料は、セラミック粉末に水、バインダー、造孔剤等が混合された原料である。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、一方の面４から他方の面５まで貫通する裏孔１１が、「第１の板状部材の中心」を中心とした、第１の板状部材２の外周形上と相似形の領域１４に形成されている。そして、裏孔１１が形成される領域（相似形の領域１４）の面積が、第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積の７０〜１００％であることが好ましく、７５〜１００％であることが更に好ましい。７０％より小さいと、溝部の格子形状の変形が生じ易くなることがある。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、図４に示すように、裏孔１１が、第１の板状部材２の一方の面４から他方の面５まで貫通し、溝部１３が裏孔１１に連通するように形成されている。このように、第１の板状部材２を貫通する裏孔１１も含めて、溝部１３に連通する裏孔１１を貫通裏孔１１ａということとする。そして、第１の板状部材２の一方の面４側のみに開口して、溝部１３に連通しない裏孔を擬似裏孔１１ｂということとする（図５，６参照）。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、図１〜図４に示すように、裏孔１１の全てが貫通裏孔１１ａであってもよいし、裏孔１１が貫通裏孔と擬似裏孔とを含むものであってもよい。裏孔１１の全てが、第１の板状部材２の溝部１３に連通する貫通裏孔１１ａである場合、貫通裏孔１１ａが形成される領域の面積が７０〜１００％であることが好ましく、７５〜８５％であることが更に好ましい。７０％より小さいと、溝部の格子形状の変形が生じ易くなることがある。また、８５％より大きいと、第１の板状部材２と第２の板状部材３との接着強度が低下することがある。従って、第１の板状部材２と第２の板状部材３との接着強度を高く維持するために、貫通裏孔１１ａが形成される領域の面積が８５％以下であることが好ましい。

裏孔１１の中の貫通裏孔１１ａは、成形原料（セラミック原料）を導入するための貫通孔を形成している。貫通裏孔１１ａの形状については、導入された成形原料をスリット１２に導くことができるような形状であれば特に制限はない。図１〜図４に示すハニカム構造体成形用口金１においては、貫通裏孔１１ａは、スリット１２の交点（交差点）と重なる位置に形成されている。「貫通裏孔が、スリットの交点と重なる位置に形成される」とは、ハニカム構造体成形用口金を、スリットが形成された表面に直交する方向から見たときに、貫通裏孔とスリットの交点とが重なった状態であることを意味する。このように構成することによって、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１を用いて押出成形を行う際に、貫通裏孔１１ａに導入した成形原料をスリット１２全体に均一に広げることができ、高い成形性を実現することができる。裏孔１１の中心がスリット１２の交点に重なることが更に好ましい。図１〜図４に示すハニカム構造体成形用口金１の場合のように、裏孔１１が、スリット１２（又は溝部１３）の交点のなかの、一つおきの交点と重なるように形成されていることが好ましい。

裏孔１１の開口径の大きさ等については、ハニカム構造体成形用口金１の大きさや、押出成形するハニカム構造体の形状等によって適宜決定することができる。例えば、裏孔１１の開口径の大きさは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．５〜３ｍｍであることが更に好ましい。このような裏孔１１は、例えば、電界加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等の方法によって形成することができるが、これらの中でも、ドリルを用いることが好ましい。ドリルを用いることにより、効率的に精度の高い裏孔を形成することが可能となる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、図１〜図４に示すように、第１の板状部材２の、第２の板状部材３に接合される面側（他方の端面５側）に、スリット１２の格子形状と同じ格子形状であってスリット１２に重なる、スリット状の溝部１３が形成されている。スリット１２を形成するときに、溝部１３の格子形状に沿ってスリット１２を格子状に形成することにより、スリット１２と溝部１３とが重なるように形成される。また、溝部１３は、裏孔１１がその溝部１３の交差点に位置するように形成されている。

また、第１の板状部材２に形成された溝部１３は、貫通裏孔１１ａから導入した成形原料を第２のスリット１２に導くための緩衝部分（バッファ）としても機能するため、ハニカム構造体の押出成形を行う際に、貫通裏孔１１ａから導入した成形原料を支障なく滑らかに移動させることができ、高精度にハニカム構造体を成形することができる。

また、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、第１の板状部材２の、第２の板状部材３に接合される面側（他方の面５側）に、溝部１３と裏孔１１（貫通裏孔１１ａ）とにより囲まれて（区画されて）形成された柱状部１５が形成されている。そのため、柱状部１５を介して第１の板状部材２と第２の板状部材３とが接合される構造になっている。つまり、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、第１の板状部材２の柱状部１５と、第２の板状部材３とが接合された構造であり、図４に示すように、柱状部１５によってセルブロック１６を支える構造である。ここで、セルブロック１６は、スリット１２が形成された第１の板状部材２において、スリット１２によって区画形成された柱状の部分である。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１において、第１の板状部材２の溝部１３の深さ（柱状部１５の高さ）Ｌは、０．１〜３．０ｍｍが好ましく、０．３〜１．５ｍｍであることがより好ましい。０．１ｍｍより小さいと、高い成形性を実現できないことがあり、３．０ｍｍより大きいと、セルブロック１６が倒れ易くなることがある。また、溝部１３の幅は、０．１５〜１．０ｍｍが好ましい。０．１５ｍｍより小さいと、高い成形性を実現できないことがあり、１．０ｍｍより大きいと、加工に時間がかかることがある。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１においては、第１の板状部材２の材質は、特に限定されないが、ステンレス鋼であることが好ましい。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１において、第２の板状部材３は、第１の板状部材２の他方の面５側に配設された、セラミック原料をハニカム形状に成形するためのスリット１２が格子状に形成されたものである。スリット１２は、スリット状の溝部１３の格子形状と同じ格子形状であってスリット１２に重なるように形成されている。スリット１２の幅は、製造するハニカム構造体の隔壁厚さに合わせて適宜決定することができる。例えば、一般的な排ガスフィルター用又は触媒担体用のセラミックハニカム構造体を押出成形するための、ハニカム構造体成形用口金を製造するためには、スリットの幅が５〜５０００μｍであることが好ましく、１０〜５００μｍであることが更に好ましい。第２の板状部材３の材質は、特に限定されないが、炭化タングステン基超硬合金であることが好ましい。炭化タングステン基超硬合金とすることにより、耐摩耗性を向上でき、セルブロックの倒れ等を抑制することができる。

第１の板状部材２の厚み及び第２の板状部材３の厚みについては特に制限はなく、例えば、スリット１２と裏孔１１との形状を考慮して適宜決定することができる。例えば、隔壁厚さ２５〜５００μｍ、セル密度２０〜２００セル／ｃｍ^２の円筒形のハニカム構造体を成形するためのハニカム構造体成形用口金を製造する場合には、第１の板状部材２の厚みに対して、第２の板状部材３の厚みが、０．１〜２００倍であることが好ましく、１〜２０倍であることが更に好ましい。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１においては、第１の板状部材２と第２の板状部材３との間に接合材（ろう材）が配置され、第１の板状部材２と第２の板状部材３とが接合されたものであることが好ましい。

接合材としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される少なくとも一つを含む金属又は合金からなる「ろう材」を好適に用いることができる。

また、このような接合材は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、リン（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ホウ素（Ｂ）等の添加剤を更に含んだものであってもよい。このような添加剤を更に含んだものは、接合信頼性を向上させることができる。

本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態は、図５に示すような、第１の板状部材２が円板状であり、貫通裏孔１１ａが、第１の板状部材２の、四角形の四つの頂点部分が第１の板状部材２の外周に沿って切り取られた形状である八角形（擬似八角形）の領域２２に、形成されたものであり、擬似裏孔１１ｂが、その他の４箇所の「外周を含む領域２３」に形成されたものである。本実施形態のハニカム構造体成形用口金２１は、このように裏孔１１が第１の板状部材２の全体に形成されたものであるため（裏孔が形成される面積が、第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積の１００％であるため）、第１の板状部材２と第２の板状部材とをホットプレスにより接合し、その後冷却したときに、第１の板状部材２の歪みが小さくなり、第１の板状部材２に形成された格子状の溝部の格子形状の変形を抑制することが可能である。そして、裏孔１１を第１の板状部材２の全体に形成するため、裏孔を形成する領域の形状に合わせた加工を行う必要がなく、裏孔の加工を複数本の電極により行う電界加工（ＳＴＥＭ加工）により、効率的に、精度良く裏孔を形成することが可能となる。本実施形態のハニカム構造体成形用口金においては、貫通裏孔領域の形状が、八角形の八つの辺のなかで、一つおきに配置される四つの辺が、第１の板状部材の外周（円形）に沿った円弧状である。本明細書においては、このような「八角形の八つの辺のなかで、一つおきに配置される四つの辺が円弧状の形状」を、「八角形」又は「擬似八角形」と表現する。図５は、本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態を模式的に示し、第１の板状部材側からみた平面図である。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金２１は、擬似裏孔１１ｂが形成される４箇所の外周を含む領域２３を有するが、擬似裏孔１１ｂは外周を含む領域２３に形成されていればよく、４箇所に限定されない。また、貫通裏孔１１ａは、擬似八角形の領域２２に形成されているが、貫通裏孔１１ａは第１の板状部材２の中心を含む一つの領域に形成されていればよい。貫通裏孔１１ａが形成される領域の形状としては、例えば、４つの頂点が第１の板状部材２の外周に接する四角形、４つの頂点がいずれも板状部材２の外周に接しない四角形、外周を含むリング状の領域を除いた円形等を挙げることができる。

また、擬似裏孔１１ｂは、第１の板状部材２の厚さ方向の深さが、第１の板状部材２の厚さの５０〜９９％であることが好ましく、９０〜９７％であることが更に好ましい。５０％より小さいと、加熱、冷却時の擬似裏孔１１ｂが形成された領域の変形の程度が、貫通裏孔１１ａが形成された領域の変形の程度に対して小さくなる（擬似裏孔１１ｂが変形し難くなる）ため、溝部の格子形状の変形が生じ易くなることがある。９９％より大きいと接合後に生じる熱応力により、き裂が生じてしまうことがある。また、擬似裏孔１１ｂが貫通してしまうと、第１の板状部材と第２の板状部材との接合面積が小さくなるため、第１の板状部材と第２の板状部材との接合強度が低下することがある。

本発明のハニカム構造体成形用口金の更に他の実施形態は、図６に示すような、第１の板状部材２が円板状であり、貫通裏孔１１ａが、リング状の「外周を含む領域２４」を除いた円形の領域２５に、形成されたものであり、擬似裏孔１１ｂが、リング状の外周を含む領域２４に形成されたものである。貫通裏孔１１ａは、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域に形成されたものであり、擬似裏孔１１ｂは、貫通裏孔１１ａが形成された領域を除く、リング状の領域に形成されたものである。本実施形態のハニカム構造体成形用口金３１は、このように、第１の板状部材２の全体に裏孔が形成され、貫通裏孔１１ａが、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域に形成されたものであるため、擬似裏孔１１ｂが形成された領域及び貫通裏孔１１ａが形成された領域の変形に方向性がなく（第１の板状部材の中心を中心にして等方的に変形し）、溝部の格子形状の変形がより生じ難くなる。図６は、本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態を模式的に示し、第１の板状部材側からみた平面図である。

（２）ハニカム構造体成形用口金の製造方法
次に、本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法を説明する。本実施形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法は、図１〜図４に示す本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態（ハニカム構造体成形用口金１）を製造する方法である。

本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、まず、ステンレス鋼により形成された円板状の第１の板状部材の他方の面５（図４参照）に、格子状の溝部を形成する（工程（１））。第１の板状部材の材質は、ステンレス鋼が好ましいが、特に限定されない。

溝部を形成する方法としては、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等の従来公知の方法を好適に用いることができる。

また、本実施形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、第１の板状部材の他方の面５（図４参照）に溝部を形成する前に裏孔を形成してもよいし、溝部を形成した後に、第１の板状部材の一方の面４（図４参照）から溝部へと連通する裏孔を形成してもよい。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、溝部及び裏孔は、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域に形成する。本実施形態においては、その領域は、円形の領域である。

裏孔を形成する方法については特に制限はないが、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等の方法を好適に用いることができる。これらのなかでも、ドリルを用いることが好ましい。ドリルを用いることにより、効率的に寸法精度の高い裏孔を形成することができる。

裏孔は、第１の板状部材の両面間を貫通して他方の面５（図４参照）側で溝部と連通するものであってもよいし（図４参照）、他方の面側まで貫通しない状態で、他方の面側に形成された溝部と連通するように形成されたものであってもよい。

次に、第１の板状部材の溝部を形成した側の表面に、炭化タングステン基超硬合金（超硬合金）により形成された第２の板状部材を積層し、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合する（工程（２））。第１の板状部材の材質は、超硬合金が好ましいが、特に限定されない。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、第１の板状部材と第２の板状部材とを積層する際に、第１の板状部材と第２の板状部材との間に接合材を配し、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合してもよい。このような接合材としては、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態において説明した「ろう材」を好適に用いることができる。

第１の板状部材と第２の板状部材とを積層して接合する際には、第１の板状部材と第２板状部材とを、ホットプレスにより、９００〜１２００℃に加熱して接合することが好ましく、１０００〜１１５０℃に加熱して接合することが好ましい。このような温度で加熱することにより、第１の板状部材と第２板状部材とを良好に接合するとともに、第２の板状部材の強度低下を防止することができる。また、加熱時間は、１分〜１時間が好ましく、１０〜４５分が更に好ましい。１分より短いと、第１の板状部材と第２板状部材とを、強い接合強度で接合できないことがあり、１時間より長いと、第１および第２の板状部材に母材劣化相が生じやすくなる。ホットプレスを行う装置としては、例えば、富士電波工業株式会社製、ＦＶＨＰ−Ｒ等を使用することができる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、接合させた第１の板状部材と第２の板状部材とを、０．１〜１００℃／分の降温速度にて、少なくとも５００℃まで、冷却することが好ましい。

次に、第２の板状部材の、第１の板状部材との接合面とは反対側の表面から、上記溝部の形状（形成パターン）に対応し、溝部１３と連通する格子状のスリットを形成してハニカム構造体成形用口金１を得る（図１〜４参照）（工程（３））。本実施形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、裏孔を、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域に形成したため、第１の板状部材と第２の板状部材との接合後の第１の板状部材の歪みが小さくなり、第１の板状部材に形成された格子状の溝部の格子形状の変形を抑制することが可能である。これにより、第２の板状部材にスリットを形成するときに、スリット形成用の刃（砥石）が第１の板状部材に接触することを防止できる。

第２の板状部材の表面にスリットを形成する方法については特に制限はないが、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また、図１に示すハニカム構造体成形用口金１は、スリット１２により形成されるセルブロック１６の断面形状（第２の板状部材の厚さ方向に直交する断面の形状）が四角形であるが、本実施形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、第２の板状部材に形成するセルブロック１６の断面形状は四角形に限定されることはなく、その他の多角形であってもよい。

また、第２の板状部材に形成するスリットの幅については、成形するハニカム構造体の形状によって適宜決定することができる。例えば、一般的な排ガスフィルター用又は触媒担体用のセラミックハニカム構造体を押出成形するためのハニカム構造体成形用口金を製造するためには、スリットの幅が５〜５０００μｍであることが好ましく、１０〜５００μｍであることが更に好ましい。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
一方の面側に開口する複数の裏孔が形成されるとともに、他方の面側に複数の裏孔の全てと連通する格子状の溝部が形成された第１の板状部材と、第１の板状部材の他方の面側に配設された、上記溝部と重なるように格子状にスリットが形成された第２の板状部材とを備えた、図１〜４に示すような構造のハニカム構造体成形用口金を製造した。

第１の板状部材の材質は、ステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）とし、第２の板状部材の材質は、コバルトの含有率が１６質量％の炭化タングステン基超硬合金とした。また、第１の板状部材は、その面の大きさが直径１６０ｍｍの円板形状で、厚みが１５ｍｍであり、第２の板状部材は、その面の大きさが直径１５６ｍｍの円板形状で、厚みが２．５ｍｍであった。

まず、第１の板状部材の一方の面側に、他方の端面側まで貫通する開口径１．４ｍｍの裏孔を電解加工（ＥＤＭ加工）によって形成した。裏孔（貫通裏孔）を形成した範囲は、第１の板状部材の中心を中心とした、直径１２９ｍｍの円の範囲（領域）とした。裏孔のピッチは１．３７ｍｍとした。そして、深さ０．５（ｍｍ）の格子状の溝部を、格子の交点が一つおきに裏孔の中心に位置するように、精密グラインダーで形成した。なお、溝部の幅は０．３ｍｍとした。

次に、第１の板状部材と第２の板状部材とを、その間に、ろう材を配して積層した後に、１１００℃で０．７５時間加熱して、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合させた。そして、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合させたものを、常温まで降温した後、第２の板状部材にスリットを形成してハニカム構造体成形用口金を得た。スリットは、ダイヤモンド砥石によって四角形の格子状に形成した。スリットの幅は０．１５ｍｍ、スリットのピッチは１．３７ｍｍとした。

このようにして得られたハニカム構造体成形用口金について、以下の方法で、溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。表１において、「裏孔領域の比率」は、第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積（第１の板状部材の表面の面積）に対する、裏孔が形成される領域の面積の比率である。また、「貫通裏孔領域」の「比率」は、第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積に対する、貫通裏孔が形成される領域の面積の比率である。また、「最大曲がり量」は、「溝部の曲がり状態の測定」における、「曲がり量」の最大値である。「曲がり量」の最大値は、小さいほど好ましい。

（溝部の曲がり状態の測定）
第２の板上部材に対するスリット加工を形成する前の、口金基体（第１の板状部材と第２の板状部材とを接合させたもの）に対して、第２の板上部材表面から、超音波探傷映像装置（日立建機ファインテック株式会社製、ＦｉｎｅＳＡＴ）を用いて、接合後の溝部形状を計測し、曲がり量を算出した。

（実施例２）
図６に示すハニカム構造体成形用口金３１のように、第１の板状部材２の厚さ方向に直交する断面の全体に裏孔１１を形成し、貫通裏孔１１ａを、第１の板状部材の中心を中心とした、直径１２９ｍｍの円の範囲（領域２５）に、形成した以外は実施例１と同様にしてハニカム構造体成形用口金を得た。得られたハニカム構造体成形用口金について、実施例１と同様に溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。

（実施例３）
第１の板状部材は、その面の大きさが直径２１５ｍｍの円板形状で、厚みが２０ｍｍであり、裏孔（貫通裏孔）を形成した範囲は、第１の板状部材の中心を中心とした、直径１６３ｍｍとし、第２の板状部材は、その面の大きさが直径２１０ｍｍの円板形状で、厚みが２．５ｍｍであった以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体成形用口金を得た。得られたハニカム構造体成形用口金について、実施例１と同様に溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。

（実施例４）
図５に示すハニカム構造体成形用口金２１のように、第１の板状部材２の厚さ方向に直交する断面の全体に裏孔１１を形成し、貫通裏孔１１ａを、第１の板状部材２の、四角形（正方形）の四つの頂点部分が第１の板状部材２の外周に沿って切り取られた形状である八角形（擬似八角形）の領域２２に、形成した以外は実施例１と同様にしてハニカム構造体成形用口金を得た。第１の板状部材は、その面の大きさが直径２９０ｍｍの円板形状で、厚みが２５ｍｍであり、第２の板状部材は、その面の大きさが直径２８６ｍｍの円板形状で、厚みが３．３ｍｍとし、貫通裏孔以外の、外周を含む４箇所の領域は擬似裏孔とした。貫通裏孔を形成した擬似八角形の領域の大きさとしては、平行に延びる長辺（第１の板状部材の外周を構成しない辺）間の距離を２３５ｍｍとした。また、上記擬似八角形の領域の中心を、円形の第１の板状部材の中心と同じ位置とした。得られたハニカム構造体成形用口金について、実施例１と同様に溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。

（比較例１）
「外周を含む４箇所の擬似裏孔」を形成しなかった以外は実施例２と同様にしてハニカム構造体成形用口金を得た。得られたハニカム構造体成形用口金は、図７に示すハニカム構造体成形用口金１０２のような構造である。得られたハニカム構造体成形用口金について、実施例１と同様に溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。

（比較例２）
第１の板状部材及び第２の板状部材の直径を２１５ｍｍとし、貫通裏孔を形成した擬似八角形の領域における、平行に延びる長辺（第１の板状部材の外周を構成しない辺）間の距離を１６３ｍｍとした以外は、比較例１と同様にしてハニカム構造体成形用口金を得た。得られたハニカム構造体成形用口金について、実施例１と同様に溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。

（比較例３）
第１の板状部材及び第２の板状部材の直径を２９０ｍｍ、厚みを２５ｍｍとし、貫通裏孔を形成した擬似八角形の領域における、平行に延びる長辺（第１の板状部材の外周を構成しない辺）間の距離を２３５ｍｍとした以外は、比較例１と同様にしてハニカム構造体成形用口金を得た。得られたハニカム構造体成形用口金について、実施例１と同様に溝部の曲がり状態を測定した。結果を表１に示す。

表１より、実施例１のハニカム構造体成形用口金は、裏孔が全て貫通裏孔であり、裏孔が形成された領域が、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形上と相似形の領域であるため、製造過程において加熱・冷却を経た後の溝部の曲がり量が、それぞれ比較例１よりも約３０％小さかった。尚、溝部の曲がり量は、第１の板状部材の直径が大きくなるほど、大きくなるため、第１の板状部材の直径が同じ大きさの実施例と比較例とを比較して評価する必要がある。また、実施例２のハニカム構造体成形用口金は、第１の板状部材の全体に裏孔が形成されているため、製造過程において加熱・冷却を経た後の溝部の曲がり量が更に小さかった。実施例３のハニカム構造体成形用口金は、裏孔が形成された領域が、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形状と相似形の領域であったが、比較例２と比較して裏穴領域の比率が小さかったため、１９％程度小さくなるに留まった。また、実施例４のハニカム構造体成形用口金は、第１の板状部材の全体に裏孔が形成されるとともに、貫通裏孔が形成された領域が、第１の板状部材の中心を中心とした、第１の板状部材の外周形上と相似形の領域であるため、製造過程において加熱・冷却を経た後の溝部の曲がり量が比較例３よりも約３５％小さかった。また、比較例１〜３は、貫通裏孔が形成された領域が、第１の板状部材の外周形上と相似形の領域ではないため、溝部の曲がり量が大きかった。また、比較例１〜３の結果からも、ハニカム構造体成形用口金の直径が大きいほど溝部の曲がり量が大きいことがわかる。

本発明のハニカム構造体成形用口金は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用するハニカム形状の触媒用担体、排気ガス中の微粒子を捕集するためのハニカム形状のフィルター等を成形する際に用いることができる。

本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態を模式的に示し、スリットが形成された第２の板状部材側から見た斜視図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態を模式的に示し、裏孔が形成された第１の板状部材側から見た斜視図である。 図１に示すハニカム構造体成形用口金の、第２の板状部材側の表面の一部を示す拡大平面図である。 図３に示すハニカム構造体成形用口金のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態を模式的に示し、第１の板状部材側からみた平面図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金の更に他の実施形態を模式的に示し、第１の板状部材側からみた平面図である。 従来のハニカム構造体成形用口金を、裏孔が形成された第１の板状部材側から見た平面図である。

符号の説明

１，２１，３１，１０２：ハニカム構造体成形用口金、２，１０１：第１の板状部材、３：第２の板状部材、４：一方の面、５：他方の面、１１，１０３：裏孔、１２：スリット、１３：溝部、１４：相似形の領域、１５：柱状部、１６：セルブロック、２２：八角形（擬似八角形）の領域、２３，２４：外周を含む領域、２５：円形の領域、Ｌ：溝部の深さ（柱状部の高さ）。

Claims (7)

1. 少なくとも一方の面側に開口した厚さ方向に延びる複数の裏孔が形成された第１の板状部材と、前記第１の板状部材の他方の面側に配設されたセラミック原料をハニカム形状に成形するためのスリットが、格子状に形成された第２の板状部材と、を備え、
   前記第１の板状部材の、前記第２の板状部材に接合される面側に、前記第２の板状部材に形成されたスリットに重なるように格子状に形成されると共に前記複数の裏孔の少なくとも一部と連通するスリット状の溝部が形成され、
   前記裏孔が、前記第１の板状部材の中心を中心とした、前記第１の板状部材の外周形状と相似形の領域に形成されたハニカム構造体成形用口金。
2. 前記裏孔が形成される領域の面積が、前記第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積の７０〜１００％である請求項１に記載のハニカム構造体成形用口金。
3. 前記裏孔全てが、前記第１の板状部材の前記溝部に連通する貫通裏孔であり、前記貫通裏孔が形成される領域の面積が７０〜１００％である請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用口金。
4. 前記裏孔の一部が前記貫通裏孔であり、前記裏孔の残部が前記一方の面側のみに開口して前記溝部に連通しない擬似裏孔である請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用口金。
5. 前記擬似裏孔の、前記第１の板状部材の厚さ方向の深さが、前記第１の板状部材の厚さの５０〜９９％である請求項４に記載のハニカム構造体成形用口金。
6. 前記裏孔が形成される領域の面積が、前記第１の板状部材の厚さ方向に直交する断面の面積の１００％であり、前記擬似裏孔が前記第１の板状部材の外周を含む領域に形成され、前記貫通裏孔が前記第１の板状部材の中心を含む一つの領域に形成された請求項４又は５に記載のハニカム構造体成形用口金。
7. 前記第１の板状部材が円板状であり、
   前記貫通裏孔が、前記第１の板状部材の、四角形の四つの頂点部分が前記第１の板状部材の外周に沿って切り取られた形状である八角形の領域に、形成された請求項６に記載のハニカム構造体成形用口金。

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