JP2013132879A - 押出成形金型 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ハニカム成形体においてシェル部の品質が低下するのを防止し得る押出成形金型を提供する。
【解決手段】 押出成形金型20は、コア隔壁を有するコア部と、シェル隔壁を有し、コア部を筒状に包囲するシェル部と、を備える。第1金型部23には、原料組成物が導入される複数の第1原料供給孔24及び複数の第2原料供給孔26と、第1原料供給孔24の下流側に接続され、原料組成物をコア隔壁に対応する形状に成形して導出する第1スリット25と、が設けられている。第2金型部27には、第2原料供給孔26の下流側に接続され、原料組成物が導入される複数の第3原料供給孔29と、第3原料供給孔29の下流側に接続され、原料組成物をシェル隔壁に対応する形状に成形して導出する第2スリット31と、が設けられている。第2原料供給孔26と第3原料供給孔29とは、第1金型部23と第2金型部27との間に設けられた隙間Sを介して接続されている。
【選択図】 図8
【解決手段】 押出成形金型20は、コア隔壁を有するコア部と、シェル隔壁を有し、コア部を筒状に包囲するシェル部と、を備える。第1金型部23には、原料組成物が導入される複数の第1原料供給孔24及び複数の第2原料供給孔26と、第1原料供給孔24の下流側に接続され、原料組成物をコア隔壁に対応する形状に成形して導出する第1スリット25と、が設けられている。第2金型部27には、第2原料供給孔26の下流側に接続され、原料組成物が導入される複数の第3原料供給孔29と、第3原料供給孔29の下流側に接続され、原料組成物をシェル隔壁に対応する形状に成形して導出する第2スリット31と、が設けられている。第2原料供給孔26と第3原料供給孔29とは、第1金型部23と第2金型部27との間に設けられた隙間Sを介して接続されている。
【選択図】 図8
Description
本発明は、ハニカム成形体を製造するための押出成形金型に関する。
DPF(Diesel particulate filter)用等、内燃機関から排出されるガスを浄化するフィルタ用として、ハニカム構造体が広く知られている。ハニカム構造体は、一端部が封口材で封じられたセルに対し、他端部が封口材で封じられたセルが少なくとも一つ隣接するように、各セルが配列された構造を有している。
このようなハニカム構造体は、セラミックグリーン等の原料組成物を押出成形金型によって成形してハニカム成形体を製造し、そのハニカム成形体に対して封口処理や焼成処理等を施すことで、製造される(例えば、特許文献1,2参照)。
ところで、上述したようなハニカム成形体においては、コア部では、セルを仕切るコア隔壁が規則的に形成されているのに対し、コア部を筒状に包囲するシェル部では、セルを仕切るシェル隔壁が不規則に形成されている。そのため、ハニカム成形体を製造するために原料組成物を押出成形金型によって成形するに際しては、コア隔壁が規則的に形成されたコア部に比べ、シェル隔壁が不規則に形成されたシェル部において、押出成形金型から導出される原料組成物の流量分布が不均一となり易く、結果として、ハニカム成形体においてシェル部の品質が低下し易い。
そこで、本発明は、ハニカム成形体においてシェル部の品質が低下するのを防止することができる押出成形金型を提供することを目的とする。
本発明の押出成形金型は、コア隔壁を有するコア部と、シェル隔壁を有し、コア部を筒状に包囲するシェル部と、を備えるハニカム成形体を製造するための押出成形金型であって、原料組成物が導入される複数の第1原料供給孔及び複数の第2原料供給孔と、第1原料供給孔の下流側に接続され、原料組成物をコア隔壁に対応する形状に成形して導出する第1スリットと、が設けられた第1金型部と、第2原料供給孔の下流側に接続され、原料組成物が導入される複数の第3原料供給孔と、第3原料供給孔の下流側に接続され、原料組成物をシェル隔壁に対応する形状に成形して導出する第2スリットと、が設けられた第2金型部と、を備え、第2原料供給孔と第3原料供給孔とは、第1金型部と第2金型部との間に設けられた一時貯留部を介して接続されている。
この押出成形金型を用いたハニカム成形体の押出成形では、第1金型部の第1原料供給孔に導入された原料組成物が第1スリットを経て導出され、コア隔壁が成形される。また、第1金型部の第2原料供給孔に導入された原料組成物が第2金型部の第3原料供給孔及び第2スリットを経て導出され、シェル隔壁が成形される。第2原料供給孔と第3原料供給孔との間には一時貯留部が介在しているため、各第2原料供給孔から導出された原料組成物は一時貯留部で一旦合流し、第3原料供給孔に適切に分配される。これにより、第3原料供給孔から第2スリットに導入される原料組成物の流量分布の均一化を図り、第2スリットから導出される原料組成物の流量分布の均一化を図ることができる。従って、この押出成形金型によれば、ハニカム成形体においてシェル部の品質が低下するのを防止することが可能となる。
また、第2金型部には、第3原料供給孔の上流側の端部が開口する凹部が設けられており、一時貯留部は、第2原料供給孔の下流側の端部が開口する第1金型部の端面と、凹部の内面との隙間であってもよい。この構成によれば、第3原料供給孔の配置が異なる複数種類の第2金型部を用いて複数種類のハニカム成形体を成形する場合に、いずれの第2金型部を第1金型部に取り付けたときにも、第3原料供給孔の配置に合わせて一時貯留部を設けることができる。これにより、第3原料供給孔から第2スリットに導入される原料組成物の流量分布の均一化をより確実に図ることができる。
また、一時貯留部には、全ての第3原料供給孔の上流側の端部が接続されていてもよい。この構成によれば、第3原料供給孔から第2スリットに導入される原料組成物の流量分布の均一化をより確実に図ることができる。
また、一時貯留部には、全ての第3原料供給孔よりも多くの第2原料供給孔の下流側の端部が接続されていてもよい。この構成によれば、第3原料供給孔よりも多くの第2原料供給孔から導出された原料組成物が一時貯留部で一旦合流し、各第3原料供給孔に分配されるため、より十分な原料組成物を各第3原料供給孔に分配することができる。
本発明によれば、ハニカム成形体においてシェル部の品質が低下するのを防止することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[ハニカム成形体]
[ハニカム成形体]
本発明の一実施形態の押出成形金型の説明に先立って、その押出成形金型によって成形されたハニカム成形体について説明する。図1に示されるように、ハニカム成形体1は、円柱状のコア部2(図1において二点鎖線の内側の部分)と、コア部2を包囲する円筒状のシェル部3(図1において二点鎖線の外側の部分)と、を備えている。ハニカム成形体1は、コア部2及びシェル部3が同一の線を中心線CL1として一体的に形成されたグリーン成形体(未焼成成形体)である。コア部2には、ハニカム成形体1の一端面1aと他端面1bとの間に渡って延在する細長い孔である内部セル4が複数形成されている。ここでは、各内部セル4は、中心線CL1に略平行となるように延在している。
ハニカム成形体1の高さ(すなわち、一端面1aと他端面1bとの距離)は、例えば40〜350mmとすることができる。ハニカム成形体1の外径は、例えば100〜320mmとすることできる。各内部セル4の開口面積(断面積)は、例えば0.6〜7.0mm2程度(より好ましくは、0.8〜6.0mm2程度)とすることができる。隣り合う内部セル4,4の中心線間の距離(いわゆるセルピッチ)は、例えば1.1〜2.8mmとすることができる。
ハニカム成形体1は、セラミック原料である無機化合物源粉末、メチルセルロース等の有機バインダ、及び必要に応じて添加される添加剤を含むセラミックグリーンからなる。セラミック材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、ガラス、チタン酸アルミニウム等の酸化物、シリコンカーバイド、窒化珪素等が挙げられる。チタン酸アルミニウムは、更に、マグネシウム及び/又はケイ素を含むことができる。
チタン酸アルミニウムのグリーン成形体の場合、無機化合物源粉末は、αアルミナ粉等のアルミニウム源粉末、及びアナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタニウム源粉末を含み、必要に応じて、更に、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末、及び/又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を含むことができる。
有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロース等のセルロース類;ポリビニルアルコール等のアルコール類;リグニンスルホン酸塩が挙げられる。
添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤、可塑剤、分散剤及び溶媒が挙げられる。
造孔剤としては、グラファイト等の炭素材;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類;でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーン等の植物材料;氷;及びドライアイス等が挙げられる。
潤滑剤及び可塑剤としては、グリセリン等のアルコール類;カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラキジン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸;ステアリン酸Al等のステアリン酸金属塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(POAAE)等が挙げられる。
分散剤としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸;シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸;メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類;ポリカルボン酸アンモニウム等の界面活性剤等が挙げられる。
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール等のアルコール類;プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコール等のグリコール類;及び水等を用いることができる。
図2は、図1のII−II線に沿っての断面の一部拡大図である。図2に示されるように、コア部2は、複数の内部セル4のそれぞれを仕切るコア隔壁5を有している。各内部セル4は、六角形状の断面形状(内部セル4が延在する方向に垂直な断面形状)を有している。内部セル4は、隣り合う内部セル4,4がコア隔壁5によって仕切られた状態で、六角形の最密配置となるように配列されている。
ここでは、内部セル4は、正六角形状の断面形状を有する内部セル4aと、規則的六角形(例えば、内部セル4aの一辺と長さが同じ長辺、及び内部セル4aの一辺よりも長さが短い短辺からなる六角形)状の断面形状を有する内部セル4bと、を含んでいる。つまり、コア部2の構造は、互いに異なる断面形状を有する複数種類の内部セル4を含む非対称セル構造となっている。なお、コア部2では、一つの内部セル4aに対し、その断面形状の各辺に内部セル4bの断面形状の長辺が対向するように、六つの内部セル4bが隣接しているが、これに限定されない。内部セル4a,4bは、内部セル4a又は内部セル4bの一方に対し、他方が少なくとも一つ隣接するように配列されていればよい。
シェル部3(図2において二点鎖線の外側の部分)は、コア部2(図2において二点鎖線の内側の部分)を筒状に包囲している。シェル部3は、間隙を介してコア部2を包囲する円筒状の側壁6と、コア部2と側壁6との間に、コア部2を包囲するように配置された複数のシェル隔壁7と、を有している。これらのコア隔壁5、側壁6及びシェル隔壁7によって仕切られることで、シェル部3には、複数の外周セル8が形成されている。各シェル隔壁7は、側壁6に対向しかつ側壁6に対して凸となるように接続された一対のコア隔壁5,5の角部5aと、側壁6との間に、掛け渡されている。ここでは、一つの角部5aと側壁6との間に、一つのシェル隔壁7のみが掛け渡されている。
なお、シェル隔壁7は、そのシェル隔壁7が接続された角部5aに集合する一対のコア隔壁5,5のそれぞれと鈍角の角度(90度より大きく180度より小さい角度)を成している。つまり、シェル隔壁7の中心面(厚さの中心面)は、そのシェル隔壁7が接続された角部5aに集合する一対のコア隔壁5,5のそれぞれの中心面(厚さの中心面)と鈍角の角度を成している。また、シェル隔壁7は、側壁6と略90度の角度を成すように(すなわち、側壁6に略直交するように)、側壁6に接続されている。つまり、シェル隔壁7の中心面(厚さの中心面)は、そのシェル隔壁7と側壁6との接続箇所において側壁6の中心面(厚さの中心面)に接する面に対して略90度の角度を成している。
以上のように構成されたハニカム成形体1から、次のようにハニカム構造体が製造される。まず、ハニカム成形体1の一端面1aにおいて、内部セル4aの一端部、及び内部セル4aに隣接しない外周セル8の一端部を封口材で封じる。その一方で、ハニカム成形体1の他端面1bにおいて、内部セル4bの他端部、及び内部セル4aに隣接する外周セル8の一端部を封口材で封じる。封口材の材料は、例えば、ハニカム成形体1の材料と同種のセラミックグリーンである。続いて、封口処理を施したハニカム成形体1を焼成し、ハニカム構造体を得る。この焼成処理により、ハニカム構造体は、例えば平均細孔直径20μm以下の多孔質の構造体となり、内燃機関から排出されるガス中の微細粒子(すす等)を捕捉しつつガスを通過させることができるようになる。
製造されたハニカム構造体は、次のように使用される。すなわち、ハニカム構造体は、断熱材等に包まれ、更に金属製のケースに収容された状態で、一端面1aが上流側となりかつ他端面1bが下流側となるように、内燃機関から排出されるガスの流路上に配置される。これにより、内燃機関から排出されたガスは、一端面1a側からハニカム構造体に供給され、内部セル4bの開口、及び内部セル4aに隣接する外周セル8の開口を介して各セル4b,8内に流入する。各セル4b,8内に流入したガスは、内部セル4b及び外周セル8の他端部が封口されているため、コア隔壁5及びシェル隔壁7を介して、内部セル4a内、及び内部セル4aに隣接しない外周セル8内に流入する。ガス中の微細粒子(すす等)は、ガスがコア隔壁5及びシェル隔壁7を通過する際に捕捉され、各セル4a,8内に流入したガスは、内部セル4aの開口、及び内部セル4aに隣接しない外周セル8の開口を介してハニカム構造体外に流出する。これにより、浄化されたガスがハニカム構造体の他端面1b側から排出されることになる。
なお、このハニカム構造体では、コア部2と側壁6との間に、コア部2を包囲するように複数のシェル隔壁7が配置されている。しかも、各シェル隔壁7は、側壁6に対向しかつ側壁6に対して凸となるように接続された一対のコア隔壁5,5の角部5aと、側壁6との間に、一対のコア隔壁5,5のそれぞれと鈍角の角度を成すように掛け渡されている。これにより、ハニカム構造体の側面を介して側壁6に作用した外圧は、外圧の作用点近傍のシェル隔壁7を介して、そのシェル隔壁7が接続された角部5aに集合する一対のコア隔壁5,5のそれぞれに分散されることになる。更に、側壁6と略90度の角度を成すように、各シェル隔壁7が側壁6に接続されているので、シェル隔壁7による側壁6の支持強度が向上させられている。よって、このハニカム構造体は、外圧に対する強度の向上が図られたものとなっている。
[押出成形装置]
[押出成形装置]
次に、本発明の一実施形態の押出成形金型が適用された押出成形装置について説明する。図3に示されるように、押出成形装置10は、ペースト状の原料組成物(ここでは、セラミックグリーン)からハニカム成形体1を製造するものである。押出成形装置10は、ハウジング11内の上段に設けられたスクリュー12Aと、下段に設けられたスクリュー12Bと、を備えている。スクリュー12A,12Bは、ハウジング11の入口11aから供給された原料組成物を混練すると共に、ハウジング11の流路11bにおいて原料組成物を下流側に移送する。スクリュー12A,12Bの間には、減圧によって原料組成物に脱気処理を施すための真空室13が設けられている。真空室13内において脱気処理が施された原料組成物は、ローラ13aによって下段のスクリュー12B側に導入される。
図4は、図3の押出成形装置の断面の一部拡大図である。図4に示されるように、押出成形装置10は、スクリュー12Bの下流側に設けられた細分盤14と、細分盤14の下流側に設けられた抵抗管15と、抵抗管15の下流側に設けられた押出成形金型20と、を備えている。細分盤14は、原料組成物から異物を取り除くと共に、原料組成物に含まれる凝集塊を細分化する。更に、細分盤14は、スクリュー12Bによって旋回流とされた原料組成物の状態を層流に変化させる。抵抗管15は、押出成形金型20に導入される原料組成物の流量分布を均一化するためのものである。なお、図3に示されるように、押出成形金型20から押し出された押出成形体1Aは、支持台16上に回収される。
以上のように構成された押出成形装置10では、次のようにハニカム成形体1が製造される。まず、入口11aから流路11b内に導入された原料組成物は、スクリュー12A,12Bの回転によって混練されつつ下流側に移送される。その間、原料組成物には、真空室13内において脱気処理が施される。混練されかつ脱気処理が施された原料組成物は、細分盤14によって、異物が除去されると共に凝集塊が細分化され、その状態が層流に変化させられる。細分盤14を通過した原料組成物は、抵抗管15によって流量分布が均一化され、押出成形金型20に導入される。押出成形金型20によって成形された押出成形体1Aは、支持台16上に回収される。そして、支持台16上に回収された押出成形体1Aを所定の長さに切断することでハニカム成形体1を得る。
[押出成形金型]
[押出成形金型]
次に、本発明の一実施形態の押出成形金型として、ハニカム成形体1を成形するための押出成形金型20について、より詳細に説明する。図5に示されるように、押出成形金型20は、円板状(例えば、外径約190mm、厚さ約30mm)の本体部21と、本体部21を包囲する円環状(例えば、内径約190mm、外径約300mm、厚さ約25mm)の外縁部22と、を有する第1金型部23を備えている。本体部21及び外縁部22は、同一の線を中心線CL2として金属(炭素鋼や、ニッケル、クロム、タングステン等を含有する特殊鋼等)により一体的に形成されている。ここで、本体部21の上流側の端面21aは、外縁部22の上流側の端面22aと同一の平面上に位置している。一方、本体部21の下流側の端面21bは、外縁部22の下流側の端面22bよりも下流側に位置している。つまり、本体部21の下流側の部分21cは、外縁部22の下流側の端面22bよりも下流側に突出している。
図6は、図5の押出成形金型の第1金型部の一部を上流側から見た図である。図5及び図6に示されるように、本体部21には、複数の第1原料供給孔24が設けられている。第1原料供給孔24は、抵抗管15側から原料組成物が導入される孔であり、中心線CL2に略平行となるように延在している。第1原料供給孔24の上流側の端部24aは、本体部21の上流側の端面21aに開口している。一方、第1原料供給孔24の下流側の端部24bは、本体部21の下流側の部分21c内に位置している。
図7は、図5の押出成形金型の第1金型部の一部を下流側から見た図である。図5及び図7に示されるように、本体部21には、第1原料供給孔24の下流側に接続された第1スリット25が設けられている。第1スリット25は、原料組成物をハニカム成形体1のコア隔壁5に対応する形状に成形して導出するスリットである。第1スリット25の上流側の端部25aは、本体部21の下流側の部分21c内に位置し、第1原料供給孔24の下流側の端部24bに接続されている。一方、第1スリット25の下流側の端部25bは、本体部21の下流側の端面21bに開口している。ここで、図6に示されるように、第1原料供給孔24は、第1スリット25が集まる部分にそれぞれ対向している。
図5、図6及び図7に示されるように、外縁部22には、複数の第2原料供給孔26が設けられている。第2原料供給孔26は、抵抗管15側から原料組成物が導入される孔であり、中心線CL2に略平行となるように延在している。第2原料供給孔26の上流側の端部26aは、外縁部22の上流側の端面22aに開口している。一方、第2原料供給孔26の下流側の端部26bは、外縁部22の下流側の端面22bに開口している。
図8は、図5の押出成形金型の断面の一部拡大図である。図5及び図8に示されるように、押出成形金型20は、金属(炭素鋼や、ニッケル、クロム、タングステン等を含有する特殊鋼等)により形成された円環状(例えば、内径約190mm、外径約220mm、厚さ約5mm)の第2金型部27を備えている。第2金型部27は、本体部21の下流側の部分21cを環状に包囲した状態で、外縁部22の下流側の端面22bに着脱自在に取り付けられている。つまり、第2金型部27は、第1金型部23に対して着脱自在に取り付けられている。
図9は、図5の押出成形金型の第2金型部の一部を上流側から見た図である。図8及び図9に示されるように、第2金型部27には、複数の第3原料供給孔29が設けられている。各第3原料供給孔29の上流側の端部29aは、外縁部22の端面22bに向かって開口している。一方、第3原料供給孔29の下流側の端部29bは、第2金型部27内に位置している。
第2金型部27の上流側の端面27aには凹部28が設けられており、外縁部22の端面22bと凹部28の内面28aとの間に隙間Sが形成されている。凹部28の内面28aのうち端面22bに対向する平面と端面22bとの間隔は例えば約1mm程度である。凹部28は、全ての第3原料供給孔29に亘ると共に、全ての第3原料供給孔29よりも多くの第2原料供給孔26に亘る範囲に設けられている。これにより、凹部28には、全ての第3原料供給孔29の上流側の端部29aが開口すると共に、全ての第3原料供給孔29よりも多くの第2原料供給孔26の下流側の端部26bが開口している。すなわち、隙間Sには、全ての第3原料供給孔29の上流側の端部29aが接続されると共に、全ての第3原料供給孔29よりも多くの第2原料供給孔26の下流側の端部26bが接続されている。このようにして、第2原料供給孔26と第3原料供給孔29とは、隙間Sを介して接続されている。隙間Sは、第2原料供給孔26から第3原料供給孔29に向かう原料組成物を一時的に貯留する一時貯留部として機能する。
図10は、図5の押出成形金型の第2金型部の一部を下流側から見た図である。図8及び図10に示されるように、第2金型部27には、第3原料供給孔29の下流側に接続された第2スリット31が設けられている。第2スリット31は、ハニカム成形体1のシェル隔壁7及び側壁6、並びに外縁部(ここでは、最外縁部)の内部セル4を仕切るコア隔壁5に対応する形状に、原料組成物を成形して導出するスリットである。第2スリット31の上流側の端部31aは、第2金型部27内に位置し、第3原料供給孔29の下流側の端部29bに接続されている。一方、第2スリット31の下流側の端部31bは、第2金型部27の下流側の端面27bに開口している。ここで、図9に示されるように、第3原料供給孔29は、第2スリット31が集まる部分や、第2スリット31において第2金型部27の径方向に沿った長さが比較的長い部分の中間部にそれぞれ対向している。
この点について、より詳細に説明する。図11は、図9の第2金型部の一部の拡大図である。図11に示されるように、第2スリット31は、スリット315,316,317を有している。スリット315は、ハニカム成形体1のコア隔壁5に対応する部分である。スリット316は、ハニカム成形体1の側壁6に対応する部分である。スリット317は、ハニカム成形体1のシェル隔壁7に対応する部分である。なお、第2スリット31においてハニカム成形体1の角部5aに対応する部分を交差部315aという。
第3原料供給孔29(図11では、便宜上、破線で示す)は、原料供給孔291,292,293を有している。原料供給孔291は、下流側の端部が所定の交差部315aに対向した状態で、複数配置されている。原料供給孔292は、下流側の端部がスリット316に対向した状態で、スリット316に沿って略等間隔で複数配置されている。原料供給孔293は、下流側の端部が所定のスリット317に対向した状態で、複数配置されている。なお、ここでは、原料供給孔291の上流側の端部は、第2原料供給孔26に対向しているが、原料供給孔292,293の上流側の端部は、必ずしも第2原料供給孔26に対向していない。
ここで、第2スリット31に対する第3原料供給孔29の配置は、スリット317ごとに、F/S≧1.0なる条件を満たしている。なお、F=F1+F2+F3であり、Sは、スリット317の開口面積(図11においてハッチングが施された領域の面積)である。
F1,F2,F3の詳細は、次のとおりである。すなわち、F1は、「原料供給孔292の開口面積の総和」から「スリット316の開口面積」を減じた値を「スリット317の総数」で除した値であり、原料供給孔292によるスリット317への原料供給の寄与度を示している。F2は、「原料供給孔291の開口面積」を「交差部315aに集まるスリット315,317の総数(ここでは、3)」で除した値であり、原料供給孔291によるスリット317への原料供給の寄与度を示している。原料供給孔291が対向しない交差部315aに集まるスリット317については、F2=0である。F3は、原料供給孔293の開口面積であり、原料供給孔293によるスリット317への原料供給の寄与度を示している。原料供給孔293が対向しないスリット317については、F3=0である。
このように、第2スリット31に対する第3原料供給孔29の配置が、スリット317ごとに、F/S≧1.0なる条件を満たすことで、第3原料供給孔29から第2スリット31各部への原料組成物の供給に不足が生じるのを抑制することができる。換言すれば、原料供給孔291が対向しない交差部315aに集まるスリット317については、F2=0であるから、原料供給孔293が対向しないと、F/S≧1.0なる条件を満たすことは困難である。そこで、そのようなスリット317については、原料供給孔293が対向させられており、その原料供給孔293の開口面積がF/S≧1.0なる条件を満たすように決定されている。
なお、図9及び図10に示されるように、第2金型部27には、第2金型部27を第1金型部23に取り付ける際にボルトが挿通される挿通孔32が複数設けられており、図6及び図7に示されるように、第1金型部23の外縁部22には、当該ボルトが螺合される螺子孔33が複数設けられている。更に、第1金型部23の外縁部22には、押出成形金型20を押出成形装置10のハウジング11に取り付ける際にボルトが挿通される挿通孔34が複数設けられている。
以上のように構成された押出成形金型20においては、第1スリット25の長さ(上流側の端部25aと下流側の端部25bとの距離)に対する第2スリット31の長さ(上流側の端部31aと下流側の端部31bとの距離)は、第1原料供給孔24及び第1スリット25における原料組成物の圧力損失と、第2原料供給孔26、第3原料供給孔29及び第2スリット31における原料組成物の圧力損失との差(最大の差)が所定の範囲(例えば、0〜1MPa、より好ましくは0〜0.5MPa)内に収まるように設定されている。
ここでは、第2スリット31の長さは、第1スリット25の長さ(例えば、約5mm)の0.8〜1.2倍に設定されており、第2スリット31の幅は、第1スリット25の幅(例えば、約0.3mm)の0.8〜1.2倍に設定されている。また、第1金型部23における第1スリット25の開口率(端面21bにおいて第1スリット25に包囲されている領域の面積と第1スリット25の開口面積との和に対する第1スリット25の開口面積の割合)と、第2金型部27における第2スリット31の開口率(端面27bにおいて第2スリット31に包囲されている領域の面積と第2スリット31の開口面積との和に対する第2スリット31の開口面積の割合)とは、略同一(例えば、35%)に設定されている。
なお、図8に示されるように、第1金型部23の部分21cの外縁部と第2金型部27の内縁部との境界部には、第1原料供給孔24及び第1スリット25が形成されており、当該境界部の有効利用が図られている。これに伴い、第1金型部23の部分21cの外縁部には、当該外縁部に沿って並ぶ第1原料供給孔24の間に位置するように、第1スリット25の幅の1/3程度の幅で外側に張り出した突起35が設けられている。同様に、第2金型部27の内縁部には、当該内縁部に沿って並ぶ第1原料供給孔24の間に位置するように、第1スリット25の幅の1/3程度の幅で内側に張り出した突起36が設けられている。これらの突起35,36により、第1金型部23の部分21cの外縁部及び第2金型部27の内縁部の構造の強化が図られている。
以上説明したように、押出成形金型20を用いたハニカム成形体1の押出成形では、第1金型部23の第1原料供給孔24に導入された原料組成物が第1スリット25を経て導出され、コア隔壁5が成形される。また、第1金型部23の第2原料供給孔26に導入された原料組成物が第2金型部27の第3原料供給孔29及び第2スリット31を経て導出され、シェル隔壁7が成形される。第2原料供給孔26と第3原料供給孔29との間には一時貯留部である隙間Sが介在しているため、各第2原料供給孔26から導出された原料組成物は隙間Sで一旦合流し、第3原料供給孔29に適切に分配される。これにより、第3原料供給孔29から第2スリット31に導入される原料組成物の流量分布の均一化を図り、第2スリット31から導出される原料組成物の流量分布の均一化を図ることができる。従って、この押出成形金型20によれば、ハニカム成形体1においてシェル部3の品質が低下するのを防止することが可能となる。
また、隙間Sは、第2金型部27に凹部28を設けることで形成されている。このため、第3原料供給孔29の配置が異なる複数種類の第2金型部27を用いて複数種類のハニカム成形体1を成形する場合に、いずれの第2金型部27を第1金型部23に取り付けたときにも、第3原料供給孔29の配置に合わせて隙間Sを設けることができる。これにより、第3原料供給孔29から第2スリット31に導入される原料組成物の流量分布の均一化をより確実に図ることができる。
また、隙間Sには、全ての第3原料供給孔29の上流側の端部29aが接続されているため、第3原料供給孔29から第2スリット31に導入される原料組成物の流量分布の均一化をより確実に図ることができる。
また、隙間Sには、全ての第3原料供給孔29よりも多くの第2原料供給孔26の下流側の端部26bが接続されている。これにより、第3原料供給孔29よりも多くの第2原料供給孔26から導出された原料組成物が隙間Sで一旦合流し、各第3原料供給孔29に分配されるため、より十分な原料組成物を各第3原料供給孔29に分配することができる。
また、第2スリット31の長さは、第1原料供給孔24から第1スリット25における原料組成物の圧力損失と、第2原料供給孔26から第2スリット31における原料組成物の圧力損失との差が所定の範囲内に収まるように設定されている。ここでは、第2スリット31の長さが、第1スリット25の長さの0.8〜1.2倍に設定されており、第2スリット31の幅が、第1スリット25の幅の0.8〜1.2倍に設定されている。また、第1金型部23における第1スリット25の開口率と、第2金型部27における第2スリット31の開口率とが、略同一に設定されている。これらにより、第1原料供給孔24から第1スリット25における原料組成物の圧力損失と、第2原料供給孔26から第2スリット31における原料組成物の圧力損失との差を所定の範囲内に収め易くなっている。従って、コア隔壁成形用の第1スリット25及びシェル隔壁成形用の第2スリット31から導出される原料組成物の流量分布の均一化を図ることができ、結果として、コア部2及びシェル部3共に品質が安定したハニカム成形体1を製造することが可能となる。
また、第1金型部23が、第1原料供給孔24及び第1スリット25が設けられた本体部21と、第2原料供給孔26が設けられた外縁部22と、を有し、第2金型部27が、本体部21において第1スリット25が設けられた部分21cを環状に包囲した状態で、外縁部22に対して着脱自在に取り付けられている。これにより、第1原料供給孔24及び第1スリット25、並びに、第2原料供給孔26、第3原料供給孔29及び第2スリット31のレイアウトの単純化、延いては、押出成形金型20の構造の単純化を図ることができる。
また、第2金型部27が第1金型部23に対して着脱自在に取り付けられているため、次のような効果も奏される。すなわち、円形状以外の断面形状(楕円状、多角形状、オーバル形状等)を有するハニカム成形体や、断面形状が円形状であっても外径の異なるハニカム成形体等、複数種のハニカム成形体に応じて、複数種の第2金型部27を準備しておけば、第1金型部23を共通化することができる。更に、同じ断面形状を有するハニカム成形体に対しても、第2スリット31の長さが異なる複数種の第2金型部27を準備しておけば、周囲温度や原料組成物の粘度等の変化に応じて複数種の第2金型部27を使い分け、コア隔壁成形用の第1スリット25及びシェル隔壁成形用の第2スリット31から導出される原料組成物の流量分布の均一化を図ることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第2金型部に凹部を設けるのに代えて、第1金型部に凹部を設けることで隙間を形成してもよい。また、第1金型部及び第2金型部の両方に凹部を設けることで隙間を形成してもよい。また、第1金型部及び第2金型部との間にスペーサを介在させることで隙間を形成してもよい。また、押出成形金型の形状及び材料は、上述したものに限定されず、様々な形状及び材料を適用することができる。また、押出成形金型によって成形されるハニカム成形体において、コア部及びシェル部の構造は、上述したものに限定されず、様々な構造を適用することができる。一例として、内部セルの断面形状は、多角形状であれば、六角形状に限定されない。また、コア部の構造は、互いに異なる断面形状を有する複数種類の内部セルを含む非対称セル構造に限定されず、同じ断面形状を有する一種類の内部セルを含む対称セル構造であってもよい。また、ハニカム成形体の一端面及び他端面における封口パターン(封口材によって封じられる内部セル及び外周セルのレイアウト)は、上述したものに限定されず、様々な封口パターンを適用することができる。
1…ハニカム成形体、2…コア部、3…シェル部、5…コア隔壁、7…シェル隔壁、20…押出成形金型、23…第1金型部、24…第1原料供給孔、25…第1スリット、26…第2原料供給孔、27…第2金型部、28…凹部、28a…内面、29…第3原料供給孔、31…第2スリット、S…隙間(一時貯留部)。
Claims (4)
- コア隔壁を有するコア部と、シェル隔壁を有し、前記コア部を筒状に包囲するシェル部と、を備えるハニカム成形体を製造するための押出成形金型であって、
原料組成物が導入される複数の第1原料供給孔及び複数の第2原料供給孔と、前記第1原料供給孔の下流側に接続され、前記原料組成物を前記コア隔壁に対応する形状に成形して導出する第1スリットと、が設けられた第1金型部と、
前記第2原料供給孔の下流側に接続され、前記原料組成物が導入される複数の第3原料供給孔と、前記第3原料供給孔の下流側に接続され、前記原料組成物を前記シェル隔壁に対応する形状に成形して導出する第2スリットと、が設けられた第2金型部と、を備え、
前記第2原料供給孔と前記第3原料供給孔とは、前記第1金型部と前記第2金型部との間に設けられた一時貯留部を介して接続されている、押出成形金型。 - 前記第2金型部には、前記第3原料供給孔の上流側の端部が開口する凹部が設けられており、
前記一時貯留部は、前記第2原料供給孔の下流側の端部が開口する前記第1金型部の端面と、前記凹部の内面との隙間である、請求項1記載の押出成形金型。 - 前記一時貯留部には、全ての前記第3原料供給孔の上流側の端部が接続されている、請求項1又は2記載の押出成形金型。
- 前記一時貯留部には、全ての前記第3原料供給孔よりも多くの前記第2原料供給孔の下流側の端部が接続されている、請求項3記載の押出成形金型。
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