JP2015055018A - 打ち抜き型及びマットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
こうした無機質繊維集合体を打ち抜き加工することによって保持シール材を製造するに際して、打ち抜き型を無機質繊維集合体に押し当てることによって、無機質繊維集合体の所定の領域が打ち抜かれることとなる。このときに、打抜刃内部の空間に打ち抜いたマットが引っ掛かり、容易に取り出せないことがある。これを解決するため、打ち抜き型にスポンジやゴム等の弾性体を接着しておき、無機質繊維集合体を打ち抜く際に、弾性体を圧縮し、圧縮された弾性体が元に戻る時の反発力を利用して打ち抜いたマットを打抜刃から離型する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
本発明の打ち抜き型を用いて無機質繊維集合体を打ち抜くことで、ダメージを最小限に抑えたマットが得られる。このようなマットは無機繊維の構造が破壊されていないため保持力が大きく、保持シール材として好適に用いることができる。そのため、本発明の打ち抜き型を用いると、保持力が大きい保持シール材を製造することができる。
トムソン刃の表面に低摩擦処理が施されていると、打ち抜いたマットとトムソン刃とが滑りやすく、打ち抜き型からマットを離型しやすくなる。また、打ち抜き型からマットを離型していない状態で、さらに連続で無機質繊維集合体を打ち抜く場合、離型されていないマットによって、打ち抜く対象となる無機質繊維集合体が圧縮されてダメージを受けることを最小限に抑制することが可能となる。
トムソン刃が両刃であると、無機質繊維集合体を打ち抜く際の抵抗を低減することができ、打ち抜き型からマットを離型しやすくなる。
トムソン刃が炭素鋼で形成されていると、所定の形状に屈曲する際の加工性が良好である。
トムソン刃の厚さが、第2の主面に近づくに従って厚くなることで、打ち抜き型の強度を向上させることができ、さらに、裁断時の刃の倒れを抑制することができる。
トムソン刃と第2の主面とのなす角が上記範囲内であると、基板の厚さ方向に対して垂直に切断した断面におけるトムソン刃によって囲まれた空間の面積が、トムソン刃の刃先から第2の主面に向かって小さくなることがない。そのため、打ち抜かれたマットがトムソン刃の刃先から第2の主面に向かって移動する際に、トムソン刃による抵抗を最小限に抑制することができる。従って、打ち抜き型からマットを離型しやすくなる。
貫通孔内壁と第1の主面とのなす角が上記範囲内であると、打ち抜いたマットが第2の主面を通過して第1の主面まで到達する間に、貫通孔の大きさが小さくなることがない。そのため、打ち抜いたマットが第2の主面を通過して第2の主面まで到達するにあたって、貫通孔の内壁からの抵抗を受けにくくなる。そのため、打ち抜いたマットは貫通孔を容易に通過しやすくなり、打ち抜いたマットを積層しやすくなる。
貫通孔の内壁は、基板であってもよく、トムソン刃を構成する板状金属であってもよく、上記基板と上記トムソン刃とを固定する固定部材であってもよい。
上記構成とすることで、打ち抜かれたマットを積層する際に、積層したマットがずれたり、崩れたりすることを抑制することができる。また、積層したマットを一度に処理することができるため、製造効率が向上する。
打ち抜き工程において、打ち抜いたマットを順次積層することで、打ち抜いたマットをその都度、打ち抜き型から外す工程が不要となり、作業効率を向上させることができる。
回収工程において、マットを治具により押し出すことで、マットへのダメージをより抑制することができる。
貫通孔上に、打ち抜かれたマットを収容する収容体を備えた打ち抜き型を用いることで、打ち抜いたマットが積層する際にずれたり、崩れたりすることを抑制することができる。また、積層したマットを一度に処理することができ、製造効率を向上させることができる。
本発明のマットの製造方法では、無機質繊維集合体の厚さが上記厚さ以上であっても、無機質繊維集合体にダメージを与えずに打ち抜くことができるため、このような厚さのマットを製造する方法に適している。
一度の打ち抜き工程により複数枚のマットを打ち抜くことで、製造効率を向上させることができる。
本発明のマットの製造方法では、無機質繊維集合体のダメージを最小限に抑えたマットが得られる。このようなマットは無機繊維の構造が破壊されていないため保持力が大きく、保持シール材として好適に用いることができる。
以下、本発明の打ち抜き型について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
本発明の打ち抜き型は、基板と、上記基板上に設けられたトムソン刃とを備えてなり、シート状の無機質繊維集合体から所定形状のマットを厚さ方向に打ち抜く打ち抜き型であって、上記基板は、第1の主面と、上記第1の主面と反対側の主面である第2の主面とを備えており、上記トムソン刃は、上記第2の主面から突出するように設けられており、上記基板には、上記トムソン刃により打ち抜かれたマットが通過可能な貫通孔が形成されていることを特徴とする。
図1(a)に示す打ち抜き型は、第1の主面1と第2の主面2とを有する基板10と、第2の主面2から突出するトムソン刃20とを備えている。基板10には貫通孔11が形成されており、基板10に形成された貫通孔の内壁12にはトムソン刃20が配置されている。また、トムソン刃20は、平面に投影した場合に凸部と凹部とを有する矩形形状の閉空間を形成している。打ち抜き型100を無機質繊維集合体に打ち付けることによって、トムソン刃20によって囲まれる形状に対応する形状、すなわち、凸部と凹部とを有する矩形形状に無機質繊維集合体が打ち抜かれることとなる。
図1(b)に示すように、基板10に形成された貫通孔11はトムソン刃20により囲まれる形状に対応しており、トムソン刃20により打ち抜かれた無機質繊維集合体が通過可能となっている。
図2(a)に示すように、打ち抜き型100は、第2の主面2及びトムソン刃20が形成されている面が無機質繊維集合体80と接触するように配置され、無機質繊維集合体80に打ち抜き型100を押し付けると、無機質繊維集合体80の第1の表面81からトムソン刃20が第1の表面81と反対側の表面である第2の表面82まで到達する。この際に、トムソン刃20は無機質繊維集合体80を構成する無機繊維を切断し、所定形状のマットが打ち抜かれる。打ち抜かれる無機質繊維集合体80は基板10と接触することがないため、打ち抜いたマットが基板10によって圧縮されることがない。そのため、無機質繊維集合体80を構成する無機繊維が破損していない、面圧の高いマットを得ることができる。このようなマットは、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される保持シール材としての用途に特に適している。
本発明の打ち抜き型を構成する基板を構成する素材は、特に限定されず、ステンレス等の金属や、ベニヤ板等の木、アクリルなどの硬化性樹脂等を用いることができるが、製造コストと加工性の点から、木製であることが望ましい。
図3は、本発明の打ち抜き型を構成するトムソン刃の一例を模式的に示した断面図である。
本発明の打ち抜き型を構成するトムソン刃20は、所定の長さ(図3中、両矢印L1で表される長さ)を有する刃部21と、所定の厚さ(図3中、両矢印Tで表される長さ)を有する胴体部22とからなっている。
また、基板10から突出するトムソン刃20の長さ(図3中、両矢印L2で表される長さ)は、打ち抜く対象となる無機質繊維集合体の厚さよりも長いことが望ましい。
θ1又はθ2の角度が10°未満の場合には刃部21の強度が不足して刃部21が刃こぼれを起こすことがあり、θ1又はθ2の角度が30°を超える場合には、切断に要する圧力が大きくなるため、トムソン刃の耐久性が低下することがある。
θ1及びθ2はそれぞれ異なっていてもよく、同一であってもよいが、無機質繊維集合体を打ち抜く際の抵抗を低減する観点から、θ1とθ2とが同一(θ1とθ2との角度差が0°)であることが望ましい。
トムソン刃が両刃であると、無機質繊維集合体を打ち抜く際の抵抗を低減することができ、打ち抜き型からマットを離型しやすくなる。
トムソン刃と第2の主面とのなす角が上記範囲内であると、トムソン刃の刃先から第2の主面までの間に、基板の厚さ方向に対して垂直に切断した断面におけるトムソン刃により囲まれる空間の面積が小さくなることがない。そのため、打ち抜かれたマットがトムソン刃の刃先から胴体部を通過し、貫通孔に到達する工程において、トムソン刃による抵抗を最小限に抑制することができる。そのため、打ち抜き型からマットを離型しやすくなる。
なお、「トムソン刃と第2の主面とのなす角」とは、トムソン刃20の胴体部22の貫通孔側の表面と、第2の主面とのなす角(図3中、θ3で表される角度)を指している。
固定部材46を用いてトムソン刃40と基板10とを固定する場合、打ち抜いたマットを容易に通過させる観点から、固定部材46がトムソン刃40の表面から突出していないことが望ましい。
また、トムソン刃と基板とは一体化していてもよく、例えば、単一の金属塊を切削することにより本発明の打ち抜き型を作成してもよい。
図5(a)に示すように、トムソン刃50は、胴体部52の厚さが第2の主面2に近づくにつれて順次厚くなっていてもよい。
本発明の打ち抜き型100は貫通孔11が形成されているために、打ち抜き型全体の強度が低くなりやすいが、胴体部52の厚さが第2の主面2に近づくに従って厚くなっていると、打ち抜き型の強度を向上させることができ、さらに、裁断時の刃の倒れを抑制することができる。
なお、このような構成の打ち抜き型を構成するトムソン刃50における刃部の切り込み角度は、図5(a)に示すように、刃部の先端から第1の主面1及び第2の主面2に対して垂直に伸ばした線と刃部を構成する面とのなす角で表される(図5(a)中、θ1及びθ2で示される)。
また、胴体部52(図5(a)中、両矢印L3で示される部分)の厚さの平均値を胴体部52の厚さとする。
図5(b)及び図5(c)に示すように、本発明の打ち抜き型は、貫通孔の内壁12と第1の主面1とのなす角(図5(b)及び図5(c)中、θ4で表される角度)が、90〜135°であることが望ましい。
貫通孔の内壁12と第1の主面1とのなす角が上記範囲内であると、第2の主面2から第1の主面1までの間に、基板10の厚さ方向に対して垂直に切断した断面における貫通孔11の面積が小さくなることがない。そのため、打ち抜いたマットが第2の主面2を通過して第1の主面1まで到達するにあたって、貫通孔の内壁12からの抵抗を受けにくくなる。そのため、打ち抜いたマットは貫通孔11を容易に通過しやすくなり、打ち抜いたマットを積層しやすくなる。
トムソン刃の表面に低摩擦処理が施されていると、打ち抜いたマットとトムソン刃とが滑りやすく、打ち抜き型からマットを離型しやすくなる。また、無機質繊維集合体を連続して打ち抜く場合には、離型されていないマットによって打ち抜く対象となる無機質繊維集合体が圧縮されてダメージを受けることを最小限に抑制することが可能となる。
複数の板状金属を接合する方法は特に限定されず、例えば、溶接等の手段により接合することができる。その際は、溶接部に凹凸が出来てしまうため、凹凸を取り除く加工を施してもよい。溶接部の凹凸を取り除く加工としては、例えば、研磨加工や薬品処理などで凹凸を取り除いて、平滑にする加工が挙げられる。
上記構成とすることで、第2の主面2を通過したマットは、第1の主面1を容易に通過できる。そのため、打ち抜いたマットが貫通孔11を容易に通過できるため、第1の主面1上に積層されやすくなる。また、打ち抜いたマットが第2の主面2側に移動することを抑制することができる。
図6(a)に示すように、本発明の打ち抜き型は、第1の主面1に、打ち抜かれたマットを収容する収容体130をさらに備えていることが望ましい。
図6(b)は、図6(a)におけるB−B線断面図である。図6(b)に示すように、収容体130は、打ち抜かれたマットが積層される方向と垂直な方向に切断した断面における内部空間の形状が打ち抜かれたマットよりも大きく、打ち抜かれたマットを積層した状態で収容できるよう構成されている。
図6(a)及び図6(b)に記載された本発明の打ち抜き型を用いて、無機質繊維集合体を連続して打ち抜くことで、収容体130内に打ち抜かれたマットが積層されることとなる。収容体130を備えることで、積層したマットが打ち抜きの振動等によりずれたり、崩れたりすることを抑制することができる。また、積層したマットを一度に処理することができるため、製造効率が向上する。
このように構成することで、収容体140における基板10と接する側と反対側の面から、打ち抜いたマットを容易に取り出すことができる。
収容体が打ち抜き型から分離可能であると、マットを製造する工程において、収容体に収容されたマットをまとめて取り扱うことができ、製造効率が向上する。
収容体を打ち抜き型から分離可能とする方法は、特に限定されず、例えば、打ち抜き型を構成する基板と収容体とを一時的に固定しておき、収容体を打ち抜き型から分離する際に、この固定を解除する方法等を用いることができる。基板と収容体とを一時的に固定する方法としては、特に限定されず、例えば、基板と収容体とをねじ、クリップ等の工業用ファスナーによって固定する方法、及び、磁石等によって固定する方法等が挙げられる。
収容体が打ち抜き型から分離可能となっていると、収容体に収容されたマットを容易に回収することができる。
図8−1(b)及び図8−2(c)に示すように、スリット162aとスリット162bとを両方通過するように底部部材163を差し込むことで、収容体160に形成されている空孔を塞ぐことができる。そのため、収容体160を打ち抜き型100から分離した場合であっても、収容体に収容したマットの脱落を抑制することができる。
本発明のマットの製造方法は、第1の主面及び上記第1の主面と反対側の主面である第2の主面を有する基板と、上記基板上に設けられたトムソン刃とを備え、上記トムソン刃は、上記第2の主面から突出するように設けられ、上記基板には、上記トムソン刃により打ち抜かれたマットが通過可能な貫通孔が形成された打ち抜き型を用いたマットの製造方法であって、シート状の無機質繊維集合体を上記トムソン刃により厚さ方向に打ち抜き、所定形状のマットを作製する打抜工程と、上記打抜工程で打ち抜かれた上記マットを回収する回収工程とを含むことを特徴とする。
このようなマットは、無機繊維の構造が破壊されていないため保持力が大きく、保持シール材として好適に用いることができる。そのため、本発明のマットの製造方法は、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される保持シール材の製造に好適に用いることができる。
打抜工程において、打ち抜いたマットを順次積層することで、打ち抜いたマットをその都度、打ち抜き型から外す工程が不要となり、作業効率を向上させることができる。
一度の打ち抜き工程により複数枚のシート状無機質繊維集合体を打ち抜くことで、製造効率を向上させることができる。
このようなマットの製造方法においては、基板に貫通孔が複数存在し、それぞれの貫通孔の形状に沿って基板から突出するトムソン刃が形成されている打ち抜き型を好適に用いることができる。このような打ち抜き型は、本発明の打ち抜き型の望ましいものとして既に説明しているので省略する。
無機繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、及び、ムライト繊維の少なくとも1種である場合には、耐熱性に優れているので、高温に晒された場合であっても、変質等が発生することがないため、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される保持シール材として特に好適である。
アルミナシリカ繊維の組成比としては、重量比でAl2O3:SiO2=60:40〜80:20であることが好ましく、Al2O3:SiO2=70:30〜74:26であることがより好ましい。
無機繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、マットの強度及び柔軟性の観点から、望ましくは1〜20μm、より望ましくは1〜10μmである。
無機繊維集合体は抄造法で作られることが望ましく、その際の望ましい平均繊維長は0.05〜10mmであり、さらには0.5〜5mmが望ましい。抄造法により、容易に広範囲の目付量の無機繊維集合体を製造することが可能であり、特に目付量は限定されないが、望ましい目付量は2000g/m2〜6000g/m2であり、より望ましくは3000〜5000g/m2である。
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(a)無機質繊維集合体製造工程
三菱樹脂(株)製のアルミナシリカ繊維90gを、その繊維長が0.1〜5.0mmとなるように、ミキサーを用いて湿式解繊した。
上記解繊繊維に水18Lを加え、攪拌機を用いて攪拌した。続いて、有機バインダとしてLx−852(日本ゼオン社製)を6.3gと、無機バインダとしてDISPERAL P2(サソールジャパン株式会社)を1.08g加え、さらに撹拌した。その後、凝集剤としてPERCOL47(BASF社製)0.5重量%溶液を30g加えて攪拌することにより、混合液を調製した。
次に、底面にろ過用のメッシュ(メッシュ寸法:30メッシュ)が形成された成形器に混合液を流し込んだ後、混合液中の水をメッシュを介して脱水することにより、150mm×150mmの大きさの原料シートを作製した。
続いて、得られた原料シートを成形器から取り出し、プレス機を用いて厚さが22mmとなるように圧縮すると同時に、150℃で加熱乾燥させることにより、抄造シートを作製した。
抄造シートを、加熱炉を用いて600℃で1時間加熱して有機分を除去することにより、無機質繊維集合体を製造した。
製造した無機質繊維集合体は、目付量が4000g/m2であり、厚さは22mmであった。
厚さ18mmのベニヤ板に、一辺が50mmの正方形状の貫通孔を形成し、貫通孔の内壁と接するように、長さ48mm、厚さ1.0mmの板状金属を配置した。板状金属の一方の面には、板状金属の表面から略垂直に突出する釘状の突起が形成されており、この突起がベニヤ板に埋没するように、板状金属をハンマーで叩き、釘状の突起をベニヤ板内部に埋没させることで、ベニヤ板と板状金属とを固定した。
続いて、各板状金属同士の接触部分を、スポット溶接により溶接しトムソン刃を形成することで、実施例1に係る打ち抜き型を製造した。
なお、ベニヤ板から突出するトムソン刃の長さは30mmであり、刃部の角度は、θ1、θ2ともに20°であった。また、板状金属としては、炭素鋼を用いた。
上記(b)打ち抜き型製造工程により製造された打ち抜き型を用いて、(a)無機質繊維集合体製造工程により製造された無機質繊維集合体を打ち抜き、実施例1に係るマットを製造した。
厚さが18mmであるベニヤ板に対して、一辺が50mmの正方形状に厚さ1mmの板状の炭素鋼を埋め込んだ。続いて、板状金属が埋め込まれているベニヤ板の表面に厚さ35mmのN−145ゴムスポンジ((株)イノアックコーポレーション製)を添着した打ち抜き型を製造した。上記打ち抜き型を用いるほかは、実施例1と同様にして比較例1に係るマットを製造した。板状金属の種類、トムソン刃の長さ、及び、刃部の角度は、実施例1で用いた打ち抜き型と同様とした。
万能試験機で圧縮復元サイクル試験を行うため、実施例1及び比較例1に係るマットを試験機にセッティングし、室温状態で、1mm/minの速度でマットのGBDが0.38g/cm3となるまで圧縮した。その後、1mm/minの速度でマットのGBDが0.33g/cm3となるまで開放した。これを10サイクル繰り返し、最後にGBDが0.33g/cm3となったときの荷重を測定した。得られた荷重を、マットの面積で除算することにより、面圧(kPa)を求めた。
なお、評価サンプルの嵩密度(GBD:Gap Bulk Density)は、「嵩密度=評価サンプルの重量/(評価サンプルの面積×評価サンプルの厚さ)」で求められる値である。
2 第2の主面
10 基板
11 貫通孔
12 貫通孔の内壁
20、30、40、50、60、70 トムソン刃
130、140、150、160 収容体
80 無機質繊維集合体
90、90a、90b マット
100 打ち抜き型
Claims (17)
- 基板と、前記基板上に設けられたトムソン刃とを備えてなり、シート状の無機質繊維集合体から所定形状のマットを厚さ方向に打ち抜く打ち抜き型であって、
前記基板は、第1の主面と、前記第1の主面と反対側の主面である第2の主面とを備えており、
前記トムソン刃は、前記第2の主面から突出するように設けられており、
前記基板には、前記トムソン刃により打ち抜かれたマットが通過可能な貫通孔が形成されていることを特徴とする打ち抜き型。 - 排ガス処理体とケーシングとの間に配設される保持シール材の製造に用いられる請求項1に記載の打ち抜き型。
- 前記トムソン刃の表面には低摩擦処理が施されている請求項1又は2に記載の打ち抜き型。
- 前記トムソン刃が両刃である請求項1〜3のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 前記トムソン刃が炭素鋼で形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 前記トムソン刃の厚さは、前記第2の主面に近づくに従って厚くなる請求項1〜5のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 前記トムソン刃と前記第2の主面とのなす角が90〜120°である請求項1〜6のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 前記貫通孔の前記第1の主面上の面積は、前記貫通孔の前記第2の主面上の面積よりも大きい請求項1〜7のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 前記貫通孔の内壁と前記第1の主面とのなす角が90〜135°である請求項1〜8のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 前記第1の主面に、前記打ち抜かれたマットを収容する収容体をさらに備える請求項1〜9のいずれかに記載の打ち抜き型。
- 第1の主面及び前記第1の主面と反対側の主面である第2の主面を有する基板と、前記基板上に設けられたトムソン刃とを備え、
前記トムソン刃は、前記第2の主面から突出するように設けられ、
前記基板には、前記トムソン刃により打ち抜かれたマットが通過可能な貫通孔が形成された打ち抜き型を用いたマットの製造方法であって、
シート状の無機質繊維集合体を前記トムソン刃により厚さ方向に打ち抜き、所定形状のマットを作製する打抜工程と、
前記打抜工程で打ち抜かれた前記マットを回収する回収工程とを含むことを特徴とするマットの製造方法。 - 前記打抜工程において、前の工程で打ち抜かれたマットを、次の工程で打ち抜かれたマットの上に順次積層する請求項11記載のマットの製造方法。
- 前記回収工程において、前記打抜工程により打ち抜かれたマットを治具により押し出して回収する回収工程をさらに含む請求項11又は12に記載のマットの製造方法。
- さらに、前記貫通孔上に打ち抜かれたマットを収容する収容体を備えた打ち抜き型を用いたマットの製造方法であって、
前記打抜工程において積層された複数のマットを前記収容体に収容する収容工程と、
前記収容体を前記打ち抜き型から分離する分離工程とをさらに備え、
前記回収工程では、前記分離工程により分離した前記収容体から積層されたマットを回収する請求項12に記載のマットの製造方法。 - 前記シート状の無機質繊維集合体の厚さが15mm以上である請求項11〜14のいずれかに記載のマットの製造方法。
- 一度の打ち抜き工程により複数枚のシート状の無機質繊維集合体を打ち抜く請求項11〜15のいずれかに記載のマットの製造方法。
- 排ガス処理体とケーシングとの間に配設される保持シール材の製造に用いられる請求項11〜16のいずれかに記載のマットの製造方法。
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