JP2015515938A - ハニカム押出装置および方法 - Google Patents

Abstract

ハニカム押出装置が、周縁間隙を画成するダイ本体およびマスクを含む。周縁間隙は、押出し軸に対する第１半径方向位置で第１の押出し断面を含み、また押出し軸に対する第２半径方向位置で第２の押出し断面を含む。第１の押出し断面の全流量範囲は、第２の押出し断面の全流量範囲よりも小さい。さらなる例において方法は、第１の押出し断面の全流量範囲が第２の押出し断面の全流量範囲よりも小さい状態で、ハニカム体をインテグラルスキンと共押出しするステップを含む。さらなる例において方法は、ダイ本体における排出スロットの特定のハニカム網構成に関連する異なるスキン流特性を補償するステップを含む。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１２年５月８日に出願された米国特許出願第１３／４６６，５４４号の優先権の利益を米国特許法第１２０条の下で主張するものである。

本開示は、一般にハニカム押出装置および方法に関し、特にハニカム体をインテグラルスキンと共押出しするハニカム押出装置および方法に関する。

従来のハニカム押出装置がハニカム体のスキンと中心部分との共押出しに使用されることは公知である。しかしながら従来の技術は、ハニカム体の周縁の周囲で不均等なスキン特性を生じさせることがある。

一態様においてハニカム押出装置は、排出スロットのハニカム網を備えた押出し面を画成する、間隔の空いたピンのアレイを含むダイ本体であって、排出スロットがダイ本体の押出し軸に沿って延在している、ダイ本体を含む。ダイ本体は、押出し軸から見て外側に向きかつ押出し面を囲む、外側周縁表面をさらに含む。ハニカム押出装置は、ダイ本体の外側周縁表面を少なくとも部分的に囲む内側周縁表面を含む、マスクをさらに備えている。周縁間隙が内側周縁表面と外側周縁表面との間に画成され、かつ周縁間隙はピンのアレイを囲む。周縁間隙は押出し軸に対する第１半径方向位置で第１の押出し断面を含む。周縁間隙はさらに、押出し軸に対する第２半径方向位置で第２の押出し断面を含む。第１の押出し断面の全流量範囲は、第２の押出し断面の全流量範囲よりも小さい。

別の態様において、ハニカム体の中心部分をインテグラルスキンと共押出しする方法は、排出スロットのハニカム網を備えた押出し面を画成する、間隔の空いたピンのアレイを含むダイ本体であって、排出スロットがダイ本体の押出し軸に沿って延在しているダイ本体を提供するステップ（Ｉ）を含む。ダイ本体は、押出し軸から見て外側に向きかつ押出し面を囲む、外側周縁表面をさらに含む。排出スロットのハニカム網は、外側周縁表面の第１の位置で、第１のスキン流特性を少なくとも部分的に画成する。排出スロットのハニカム網はさらに、押出し軸の周囲方向に第１の位置から間隔を空けた外側周縁表面の第２の位置で、第２のスキン流特性を少なくとも部分的に画成する。第１のスキン流特性は第２のスキン流特性と異なる。この方法はさらに、内側周縁表面を含むマスクを提供するステップ（ＩＩ）と、内側周縁表面がダイ本体の外側周縁表面を少なくとも部分的に囲み、内側周縁表面とピンのアレイを囲んでいる外側周縁表面との間に周縁間隙を画成するように、マスクをダイ本体に据え付けるステップ（ＩＩＩ）とを含む。周縁間隙は、外側周縁表面の第１の位置に関連する第１の押出し断面を含む。周縁間隙はさらに、外側周縁表面の第２の位置に関連する第２の押出し断面を含む。第１の押出し断面の全流量範囲は、第２の押出し断面の全流量範囲よりも小さい。この方法はさらに、ハニカム体の中心部分を、ハニカム体の外側周縁を画成するインテグラルスキンと共押出しするよう、ある量のバッチ材料を周縁間隙の全周縁の流量範囲に通して押し出すと同時に、別の量のバッチ材料を排出スロットのハニカム網に通して押し出すステップ（ＩＶ）を含む。

さらに別の態様において、ダイ本体における排出スロットの特定のハニカム網構成に関連する異なるスキン流特性を、補償する方法を提供する。この方法は、排出スロットのハニカム網を備えた押出し面を画成する、間隔の空いたピンのアレイを含むダイ本体であって、排出スロットがダイ本体の押出し軸に沿って延在しているダイ本体を提供するステップ（Ｉ）を含む。ダイ本体は、押出し軸から見て外側に向きかつ押出し面を囲む、外側周縁表面をさらに含む。排出スロットのハニカム網は、外側周縁表面の第１の位置で第１のスキン流特性を、また押出し軸の周囲方向に第１の位置から間隔を空けた外側周縁表面の第２の位置で、第２のスキン流特性を画成する。この方法はさらに、内側周縁表面を含むマスクを提供するステップ（ＩＩ）と、内側周縁表面がダイ本体の外側周縁表面を少なくとも部分的に囲み、内側周縁表面とピンのアレイを囲んでいる外側周縁表面との間に周縁間隙を画成するように、マスクをダイ本体に据え付けるステップ（ＩＩＩ）とを含む。周縁間隙は、外側周縁表面の第１の位置に関連する第１の押出し断面を含み、さらに周縁間隙は、外側周縁表面の第２の位置に関連する第２の押出し断面を含む。第１の押出し断面の全流量範囲は第２の押出し断面の全流量範囲よりも小さくなるように配置され、第１のスキン流特性と第２のスキン流特性との間の差を少なくとも部分的に補償する。

請求される発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解される。

本開示の態様によるハニカム押出装置例の概略図 ハニカム押出装置例のダイ装置例の図１の線２−２に沿った部分平面図 図２の線３Ａ−３Ａおよび線３Ｂ−３Ｂに沿ったダイ装置の断面図 図３の一部の拡大図 図２の線５−５に沿ったダイ装置の別の断面図 図５の一部の拡大図 マスクの内側周縁表面とダイ本体の外側周縁表面との対比を示す一例の輪郭図 本開示の態様による方法例のステップを示したフローチャート 本開示の態様による方法例のステップを示した別のフローチャート 従来の周縁間隙で押し出されたハニカム体の、一例の測定されたスキンの輪郭厚さを示した図 本開示の態様による周縁間隙で押し出されたハニカム体の、一例の測定されたスキンの輪郭厚さを示した図

ここで、請求される発明の実施形態例を示している添付の図面を参照し、請求される発明の態様を以下でより十分に説明する。可能な限り、図面を通じて、同じまたは類似の部分の参照に同じ参照番号を使用する。ただし、請求される発明は多くの異なる形で具現化し得、本書に明記される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。これらの実施形態例は、本開示を完全かつ完成したものにすると共に、請求される発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。

ハニカム体およびインテグラルスキンは、セラミック混合物など幅広い種類の材料のバッチから形成することができる。バッチ材料の例は、例えばセメントスラリーなどを形成するための高分子結合剤および／または低分子量液体やこれらおよび他の材料を組み合わせたものに、粒子および／または粉末を混合したものなど、ペーストおよび／またはスラリーとしてのセラミック混合物を含むことができる。セラミックまたはセラミック形成材料を含む、種々のバッチ材料を提供することができる。

図に明記するように、ハニカム押出装置および方法の例はハニカム体およびインテグラルスキンの共押出しを可能にするように提供される。ハニカム体は、セルの形状に拘わらず、セル網を画成する種々の構造を含み得る。例えばセルは、円形、長円形、または他の曲線形状など、曲線セルを含んでもよい。さらなる例において、セルは三角形、長方形（例えば、正方形）、または他の多角形形状を含んでもよい。ハニカム体を押し出した後に焼成し、ハニカムセラミック体とすることができる。ハニカムセラミック体をその後、燃焼機関からの排気を処理するための例えば粒子フィルタおよび／または触媒基材など、種々のフィルタリング用途のためにさらに処理してもよい。

図示のようにハニカム押出装置１０１は、ダイ装置１０３だけのもの（例えば、図２〜６）、あるいは他の構成要素と組み合わせたもの（例えば、図１に概略的に示されている）と見なすことができる。例えば図１に概略的に示されているように、ハニカム押出装置１０１は円筒１０５の下流端部１０３ａに据え付けられたダイ装置１０３を含み得る。ハニカム押出装置１０１はさらに、円筒１０５内に回転可能に据え付けられた１以上のスクリュー１０７ａ、１０７ｂを含み得る。一実施形態例において円筒１０５は、円筒１０５内に回転可能に据え付けられ円筒１０５の中心部分で互いに繋がっている各スクリュー１０７ａ、１０７ｂを夫々収容する、複数のチャンバ１０９ａ、１０９ｂを提供するように成形され得る。スクリュー１０７ａ、１０７ｂは、少なくとも１つの駆動機構１１１ａ、１１１ｂ（例えば、モータ）で動く。

図示の例では、１つのスクリュー１０７ａが右巻きのねじ山を含み、これに対し他方のスクリュー１０７ｂが左巻きのねじ山を含んでいる。この構成において駆動機構１１１ａ、１１１ｂは、右巻きのスクリュー１０７ａを時計回り方向１０８ａに、かつ左巻きのスクリュー１０７ｂを反時計回り方向１０８ｂに回転させて、バッチ材料１１３を円筒１０５に沿って上流端部１０３ｂから下流端部１０３ａへと方向１１２に押し流し、ダイ装置１０３でこれを押し出すことができる。図示されていないが、さらなる例においてスクリュー１０７ａ、１０７ｂは、同じ方向に設けられたスクリューのねじ山（すなわち、両方が左巻きのスクリューまたは両方が右巻きのスクリュー）を夫々有していてもよく、このとき夫々の駆動機構は、スクリュー１０７ａ、１０７ｂを同じ方向に回転させて同様にバッチ材料１１３を円筒１０５沿いに方向１１２に沿って押し流し、ダイ装置１０３で押し出すように構成される。

ダイ装置１０３は、バッチ材料１１３を所望の形状、例えばハニカム体の状態で、押出し方向１１９に沿って押し出すように構成される。上流端部１０３ｂ付近に、バッチ材料１１３をフィーダ１１４からチャンバ１０９ａ、１０９ｂに入れることができるように、供給ポート１１５を設けてもよい。この実施形態例では供給ポート１１５を上流端部１０３ｂ付近のある位置に示しているが、別の実施形態ではこの供給ポート１１５を上流端部１０３ｂのさらに下流に設けてもよい。

ハニカム押出装置１０１は種々の構成の制御系を随意的に含んでもよい。図示の例では、駆動機構１１１ａ、１１１ｂによってスクリュー１０７ａ、１０７ｂの回転速度を調節するように、および／またはフィーダ１１４によって導入されるバッチ材料１１３の供給速度を調節するように、制御系１１７を構成してもよい。

図２は、ある例のハニカム押出装置１０１のダイ装置１０３の例の、図１の線２−２に沿った部分平面図である。図２は単なる一例のダイ装置１０３の第１の四分円を示している。図示されていないが、第２の四分円は垂直軸に関して第１の四分円の鏡像になり得る。さらに第３および第４の四分円は、夫々水平軸に関して第１および第２の四分円の鏡像になり得る。

ハニカム押出装置１０１のダイ装置１０３は、ダイピン２０３のアレイを含んだダイ本体２０１を含んでもよく、ダイピン２０３のアレイは、間隔を空けて配置されて、排出スロット２０９のハニカム網２０７を有する押出し面２０５を画成する。図３に示されているようにダイ本体２０１は、注入面３０３と排出スロット２０９との間の連通を実現するために、供給孔３０１をさらに含み得る。図３に示されているように、一例において供給孔３０１を、排出スロットの各行に沿って排出スロット交点と１つおきに直接流体連通するように、ずらしてもよい。供給孔３０１をさらに、排出スロットの各列に沿って排出スロット交点と１つおきに直接連通するように、ずらしてもよい。種々の機械加工技術を用いて、種々の供給孔および排出スロットの構成を生成することができる。一例では注入面３０３に供給孔の孔を空けてもよく、次いで種々の機械加工技術を用いて、供給孔３０１と交わるように排出スロットの行および列を形成する。排出スロットを形成する種々の技術例として、ワイヤ放電加工（すなわちワイヤ「ＥＤＭ」）、プランジＥＤＭ、研削、または他の機械加工技術を挙げることができる。

図２に示されているように、排出スロット２０９は夫々実質的に同じ厚さを有するものでもよい。排出スロット２０９を実質的に同じ厚さを有するものとすると、材料のコスト、重量を減少させることができ、またフィルタの性能を高め得ると同時に、さらに耐久性があり十分な性能特性を提供するハニカム体を実現することができる。代わりの例において、排出スロット２０９は様々な厚さを含んでもよい。例えば押出し面２０５の中心エリア内のスロットの厚さは、押出し面２０５の周縁領域の周囲に位置する排出スロット２０９の厚さよりも薄くてもよい。周縁排出スロットの厚さを中心排出スロットの厚さよりも厚くすると、ハニカム体の中心部分より周縁のセル壁厚さの方が厚い、ハニカム体を生成することができる。この例では、厚さが増加することで、ハニカム体のスキンと中心部分との間の一体型の付着を高めることができる。さらに、外側周縁セル壁の厚さが増加すると、実質的に同一の薄くなった厚さを有するセル壁を備えたハニカム体に比べると、ハニカム体の外側周縁の強度を増加させることができる。

図３に示されているように、排出スロット２０９は夫々ダイ本体２０１の押出し軸３０５に沿って延在したものでもよい。例えば図示のように排出スロット２０９は、ダイ本体２０１の押出し軸３０５に一致するまたは平行な、押出し方向１１９に沿って延在し得る。ダイピン２０３は、排出スロット２０９のハニカム網２０７を所望の構成で画成し、対応するハニカム体を所望のセル構造で生成するために、広範な形状およびサイズを含み得る。図２に示されているように、各ダイピン２０３は正方形形状のダイピンとして提供してもよいが、さらにまたは代わりに、ダイピンは他の形状を含んでもよい。例えばダイピンは、三角形形状、長方形形状（例えば、図示の正方形形状参照）、五角形形状、六角形形状、または他の多角形形状など、３以上の辺を有する多角形形状を含んでもよい。さらなる例において、ピンは円形、長円形、または他の曲線形状などの曲線形状を含み得る。

図２の正方形ダイピン構成で、排出スロット２０９は、第１のスロット方向２１７ａに沿って夫々延在する第１組２１３ａの排出スロット２１５ａを含み得る。第１のスロット平面２１９ａが第１のスロット方向２１７ａに沿って延在し、かつ以下でより十分に論じる周縁間隙２１１の第１半径方向位置２２１ａを含む。図３は第１のスロット平面２１９ａに沿って図２の線３Ａ−３Ａで取った、図２のダイ本体２０１の部分断面である。第１のスロット平面２１９ａは押出し方向１１９に沿って延在し得、またダイ本体２０１の押出し面２０５に実質的に垂直に延在し得る。

排出スロット２０９はさらに、第２のスロット方向２１７ｂに沿って夫々延在する第２組２１３ｂの排出スロット２１５ｂを含み得る。第２のスロット平面２１９ｂが第２のスロット方向２１７ｂに沿って延在し得、かつ周縁間隙２１１の別の第１半径方向位置２２１ｂを含む。図３は第２のスロット平面２１９ｂに沿って図２の線３Ｂ−３Ｂで取った、図２のダイ本体２０１の部分断面もさらに表し得る。第２のスロット平面２１９ｂも押出し方向１１９に沿って延在し得、ダイ本体２０１の押出し面２０５に実質的に垂直に延在し得る。図示のように、第１のスロット平面２１９ａおよび第２のスロット平面２１９ｂは原点「Ｏ」に沿って互いに交差するものでもよく、このときスロット平面２１９ａ、２１９ｂは、押出し軸３０５に沿って押出し方向１１９に延在する線で交差する。図示のように、いくつかの例においてダイ本体の対称軸は、原点「Ｏ」を通過する交差しているスロット平面２１９ａ、２１９ｂにより画成される線に沿って延在し得る。

正方形ダイピン構成で、図３はダイ本体２０１の０°、９０°、１８０°、および２７０°の位置（例えば、図２の２２１ａ、２２１ｂと、さらに図１０および１１に示されている各位置参照）での４つの断面を表している。実際には図２を参照すると、第１のスロット断面は、図２に示されている第１の四分円と第４の四分円（図示なし）との間の０°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第１のスロット平面２１９ａに沿った図２の線３Ａ−３Ａで取ることができる。さらに図２を参照すると、第２のスロット断面は、図２に示されている第１の四分円と第２の四分円（図示なし）との間の９０°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第２のスロット平面２１９ｂに沿った図２の線３Ｂ−３Ｂで取ることができる。図示されていないが第３のスロット断面はさらに、第２の四分円（図示なし）と第３の四分円（図示なし）との間の１８０°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第１のスロット平面２１９ａに沿って取ることができる。さらに図示されていないが第４の断面は、第３の四分円（図示なし）と第４の四分円（図示なし）との間の２７０°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第２のスロット平面２１９ｂに沿ってさらに取ることができる。従ってダイ装置１０３の第１半径方向位置は、２つの第１半径方向位置２２１ａ、２２１ｂが夫々周縁間隙２１１の０°および９０°の位置の場所に位置し、残りの２つの第１半径方向位置（図示なし）が夫々周縁間隙２１１の１８０°および２７０°の位置の場所に位置している、４つの第１半径方向位置と考えることができる。

さらなる例では、ピン横断平面２２３がピン横断方面２２５に沿って延在し、かつ以下でより十分に論じる周縁間隙２１１の第２半径方向位置２２７を含む。図５はピン横断平面２２３に沿って図２の線５−５で取った、図２のダイ本体２０１の部分断面である。ピン横断平面２２３も押出し方向１１９に沿って延在し得、ダイ本体２０１の押出し面２０５に実質的に垂直に延在し得る。

図２に示されているようにピン横断平面は、スロット方向（例えば、２１７ａ、２１７ｂ）のいずれかに沿って延在したものではない。図示のように、ピン横断平面２２３とスロット平面２１９ａ、２１９ｂは全て原点「Ｏ」に沿って互いに交差するものでもよく、このときピン横断平面２２３とスロット平面２１９ａ、２１９ｂは押出し軸３０５に沿って押出し方向１１９に延在する線で交差する。図示のように、いくつかの例においてダイ本体の対称軸は、原点「Ｏ」を通過する交差しているピン横断平面２２３とスロット平面２１９ａ、２１９ｂとにより画成される線に沿って延在し得る。

正方形ダイピン構成では、図２に示されているように、ピン横断平面２２３は約４５°の角度α程度で第１のスロット平面２１９ａと随意的に交差し得る。この方向付けでピン横断平面２２３は、一連の正方形ダイピンの対角線上に配置された角部を二等分する斜めのピン平面を含み得る。

さらに正方形ダイピン構成で、図５は４５°、１３５°、２２５°、および３１５°の角度αでのダイ本体２０１の４つの断面を表すものとし得る。実際には図２を参照すると、第１のピン横断断面は、図２に示されている第１の四分円内の４５°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第１のピン横断平面２２３に沿った図２の線５−５で取ることができる。第２のピン横断断面は、第２の四分円内の１３５°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第２のピン横断平面（図示なし）に沿って取ることができる。さらに第３のピン横断断面は、第３の四分円内の２２５°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第１のピン横断平面２２３に沿ってさらに取ることができる。第４のピン横断断面は、第４の四分円内の３１５°の位置の場所と呼ぶことができる位置で、第２のピン横断平面（図示なし）に沿って取ることができる。

従って正方形ダイピン構成でダイ装置１０３の第２半径方向位置は、１つの第２半径方向位置２２７が周縁間隙２１１の４５°の位置の場所に位置し、残りの３つの第２半径方向位置（図示なし）が夫々周縁間隙２１１の１３５°、２２５°、および３１５°の位置の場所に位置している、４つの第２半径方向位置と考えることができる。

図３に示されているようにダイ本体２０１は、押出し軸３０５から見て（例えば、方向３０９に沿って）外側に向き、かつ押出し面２０５を囲む、外側周縁表面３０７をさらに含んでいる。図示のように、外側周縁表面３０７は押出し面２０５を囲む円錐台形表面を含み得る。さらに図３に示されているように、外側周縁表面３０７を随意的に円形の円錐台形表面として提供してもよいが、さらなる例では他の表面形状を使用してもよい。従って、図示のようにいくつかの例において外側周縁表面は、押出し面２０５とダイ本体の中段（landing）４０１（図４参照）との間に延在する、頂部を切った形の円錐状表面を含む、円形の円錐台形表面を備えたものでもよい。ダイ本体の中段４０１は、さらに外側周縁表面３０７を囲むものでもよく、またいくつかの例では押出し面２０５に実質的に平行な表面を含み得る。

排出スロットは、外側周縁表面３０７に沿った様々な位置でスキン流特性を有する傾向にある。例えばスキンを形成するバッチ流（「スキンバッチ流」）の抵抗は、第１のスロット平面２１９ａおよび第２のスロット平面２１９ｂの１つと並んだ外側周縁表面３０７の位置で最低になる傾向にある。これに対し、スキンバッチ流の抵抗は、ピン横断平面（例えば、ピン横断平面２２３）と並んだ外側周縁表面３０７に沿った位置で最高になる傾向にある。

スキンバッチ流の最高抵抗および最低抵抗は、ダイ本体２０１のダイピンの配置によって少なくともある程度影響され得る。例えば図２に示した正方形のピン構成では、周縁間隙２１１の０°、９０°、１８０°、および２７０°の位置の第１半径方向位置（例えば、２２１ａ、２２１ｂ）に隣接する外側周縁表面に関連した排出スロット２０９のハニカム網は、スキンバッチ流に対して最小の抵抗を有する。実際に第１半径方向位置は、半径方向のスロットと最もよく並んでおり、ダイピンによって比較的抑制されていない十分な流量のスキンバッチ流を受けると考えることができる。これに対し、周縁間隙２１１の４５°、１３５°、２２５°、および３１５°の位置の第２半径方向位置（例えば、２２７）に隣接する外側周縁表面３０７に関連した排出スロット２０９のハニカム網は、スキンバッチ流に対して最大の抵抗を有する。実際に第２半径方向位置は、半径方向のスロットと概して最もずれており、それにより第２半径方向位置でのダイピン構成により生じる蛇行したパスによって比較的抑制された、比較的制限された流量のバッチ材料を受ける。

抵抗が最小のエリアを０°、９０°、１８０°、および２７０°に対して論じ、また抵抗が最大のエリアを半径方向位置４５°、１３５°、２２５°、および３１５°に対して論じているが、これらの位置は単に例のためのものである。さらなる例では、特定のハニカム押出装置は他の位置で、抵抗が最小および／または最大のエリアを提供し得ると判断できる。例えば上で参照した例は円形のハニカム基材に関連しているが、長円形、正方形、または他の形状のハニカム基材では、抵抗が最小および／または最大のエリアは異なる位置で生じると判断できる。さらに、ダイ本体の上流のプロセスからの影響など、プロセスのさらなる考慮事項が最大および／または最小の抵抗が生じるエリアの場所に影響を与え得る。これらの例において本開示の態様を用いると、外側周縁表面の周囲の異なる位置で所望の相対的スキン流特性（例えば、バランスの取れたスキン流特性）を実現する、独自の補償を提供することができる。

従って排出スロット２０９のハニカム網、および／またはハニカム押出装置の他の特徴は、外側周縁表面３０７の第１の位置で第１のスキン流特性を少なくとも部分的に画成することができる。同様に、排出スロット２０９のハニカム網２０７、および／またはハニカム押出装置の他の特徴は、押出し軸３０５の周囲方向に第１の位置から間隔を空けた外側周縁表面３０７の第２の位置で、第２のスキン流特性を少なくとも部分的に画成する。例えばスキン流特性は、スキンバッチ流の抵抗、スキンの厚さ、スキンバッチ流の体積流量、スキンバッチ流の速度、スキンバッチ流の圧力、スキンバッチ流の粘度、スキンバッチ流のレオロジ、スキンバッチ流におけるバッチ粒子の配向、または他の特性を含み得る。一例において、第１のスキン流特性は第２のスキン流特性と異なる。

単に一例において、スキン流特性はスキンバッチ流の抵抗を含み得、このとき外側周縁表面３０７の第１の位置での第１のスキン流特性（例えば、第１のスキンバッチ流抵抗）は、外側周縁表面の第２の位置での第２のスキン流特性（例えば、第２のスキンバッチ流抵抗）よりも小さい。別の例において、スキン流特性はスキンの厚さを含み得、このとき外側周縁表面３０７の第１の位置での第１のスキン流特性（例えば、第１のスキン厚さ）は、外側周縁表面の第２の位置での第２のスキン流特性（例えば、第２のスキン厚さ）よりも大きい。別の例において、スキン流特性はスキンバッチ流の体積流量を含み得、このとき外側周縁表面３０７の第１の位置での第１のスキン流特性（例えば、第１のスキンバッチ流体積流量）は、外側周縁表面の第２の位置での第２のスキン流特性（例えば、第２のスキンバッチ流体積流量）よりも大きい。さらに別の例において、スキン流特性はスキンバッチ流の速度を含み得、このとき外側周縁表面３０７の第１の位置での第１のスキン流特性（例えば、第１のスキンバッチ流速度）は、外側周縁表面の第２の位置での第２のスキン流特性（例えば、第２のスキンバッチ流速度）よりも大きい。さらに別の例において、スキン流特性はスキンバッチ流の圧力を含み得、このとき外側周縁表面３０７の第１の位置での第１のスキン流特性（例えば、第１のスキンバッチ流圧力）は、外側周縁表面の第２の位置での第２のスキン流特性（例えば、第２のスキンバッチ流圧力）よりも大きい。

図２に示されているようにダイ装置１０３は、ダイ本体２０１に対して例えば取外し可能に据え付けることができるマスク１２１をさらに含んでもよい。図３に示されているようにマスク１２１は、ダイ本体２０１の外側周縁表面３０７を少なくとも部分的に囲む、内側周縁表面３１１を含む。図４に示されているように内側周縁表面３１１は、マスク１２１の内向き表面４０３とスキンに面するエッジ表面４０５との間に延在している、頂部を切った形の表面を含み得る、円錐台形表面を備えたものでもよい。図示されていないが、さらなる例において円錐台形表面は、マスク１２１の内向き表面４０３と外向き表面４０７との間に延在する、頂部を切った形の表面を含むものでもよい。

図４に示されているように、周縁間隙２１１はマスク１２１の内側周縁表面３１１とダイ本体２０１の外側周縁表面３０７との間に画成され得、このとき周縁間隙２１１はダイピン２０３のアレイを囲む。周縁間隙２１１は、周縁間隙２１１の周囲で様々な断面エリア構成を含み得る。例えば、図４に示されているように周縁間隙２１１は、押出し軸３０５に対する第１半径方向位置（例えば、２２１ａ、２２１ｂ）で、第１の押出し断面２１１ａを含み得る。さらに、図６に示されているように周縁間隙２１１は、押出し軸３０５に対する第２半径方向位置（例えば、２２７）で、第２の押出し断面２１１ｂを含み得る。図の夫々のパターンによって示されているように、第１の押出し断面２１１ａの全流量範囲Ａ１は第２の押出し断面２１１ｂの全流量範囲Ａ２よりも小さい。

さらに押出し断面は、ダイ本体２０１の外側周縁表面３０７とマスク１２１の内側周縁表面３１１との間の横断厚さを含み得る。図示のように、第１の押出し断面２１１ａの横断厚さＴ１は第２の押出し断面の横断の厚さＴ２よりも小さくてもよい。一例において、Ｔ１は約０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）から約０．０２４インチ（０．６０９６ｍｍ）まででもよい。別の例において、Ｔ２は約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）から約０．０２２インチ（０．５５８８ｍｍ）まででもよい。さらなる例において、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１である横断厚さ間の差ΔＴは、約−０．０１２インチ（−０．３０４８ｍｍ）から約０．０１２インチ（０．３０４８ｍｍ）まで、例えば約−０．００４インチ（−０．１０１６ｍｍ）から約０．００４インチ（０．１０１６ｍｍ）まででもよい。

全流量範囲Ａ１、Ａ２の差および／または横断厚さＴ１、Ｔ２の差を設けると、排出スロット２０９の特定のハニカム網に関連するスキン流特性の差のバランスを取って、周縁間隙２１１を通じてより均一なスキン流特性を実現するのを助けることができる。

例えば前述したように、排出スロット２０９のハニカム網によるスキンバッチ流の制限は、第１半径方向位置（例えば、２２１ａ、２２１ｂ）でより少なくなり得る。従って、より小さい全流量範囲Ａ１および／またはより小さい横断厚さＴ１の周縁間隙２１１を第１半径方向位置（例えば、２２１ａ、２２１ｂ）で提供し、周縁間隙を通るスキンバッチ流をこれらの領域において制限するようにダイ本体２０１の外側周縁表面３０７および／またはマスク１２１の内側周縁表面３１１を設計することができる。従って、排出スロット２０９のハニカム網に起因して第１半径方向位置で減少したスキンバッチ流の抵抗は、全流量範囲Ａ１の減少および／または横断厚さＴ１の減少によってスキンバッチ流に対する抵抗を増加させることで、バランスを取ることができる。

さらに前述したように、排出スロット２０９のハニカム網によるスキンバッチ流の制限は、第２半径方向位置（例えば、２２７）でより多くなり得る。従って、より大きい全流量範囲Ａ２および／またはより大きい横断厚さＴ２の周縁間隙２１１を第２半径方向位置（例えば、２２７）で提供し、周縁間隙を通るスキンバッチ流に対する抵抗をこれらの領域において減少させるようにダイ本体２０１の外側周縁表面３０７および／またはマスク１２１の内側周縁表面３１１を設計することができる。従って、排出スロット２０９のハニカム網に起因して第２半径方向位置で増加したスキンバッチ流の抵抗は、全流量範囲Ａ２の増加および／または横断厚さＴ２の増加によってスキンバッチ流に対する抵抗を減少させることで、バランスを取ることができる。

全流量範囲の差および／または横断厚さの差を設けるような外側周縁表面３０７および／または内側周縁表面３１１の構成は、広範なやり方で実現することができる。例えば、内側周縁表面３１１が外側周縁表面３０７と幾何学的に類似しないようにダイ装置１０３を構成してもよい。例えば図７は、仮想円７０１に対して内側周縁表面および外側周縁表面の輪郭を誇張して示している。図示の例では、内側輪郭７０３はダイ本体２０１の外側周縁表面３０７に関連したものとし得る。図示のように、外側周縁表面３０７の内側輪郭７０３は、仮想円７０１と同心の円形を有し得る。この例において、外側周縁表面３０７の円錐台形表面は、円形の円錐台形表面を有したものでもよい。図７にさらに示されているように、誇張された輪郭は、マスク１２１の内側周縁表面３１１の外側輪郭７０５をさらに明示している。図示のように外側輪郭７０５は、互いに等しく間隔を空けた４つのローブ７０７ａ、７０７ｂ、７０７ｃ、７０７ｄを含んだ非円形の曲線形状を有している。この例において内側周縁表面３１１の円錐台形表面は、ローブ状の円錐台形表面を含む。さらに、正方形ダイピン構成でローブ状円錐台形表面は、ダイ本体２０１の押出し軸３０５の周囲で実質的に互いに等しく間隔を空けた、４つのローブ状部分を含み得る。

図示されていないが、さらなる例においてマスク１２１の内側周縁表面３１１は円形の円錐台形表面を含んでもよく、一方ダイ本体２０１の外側周縁表面３０７はローブ状円錐台形表面を含んでもよい。さらに図７に明示されているように、周縁間隙２１１の押出し断面の全流量範囲および／または厚さは、第１半径方向位置と第２半径方向位置との間で押出し軸３０５の周囲方向７０９において実質的に連続的に変化する。例えば全流量範囲および厚さは、第１半径方向位置２２１ａと第２半径方向位置２２７との間で連続的に増加する。また全流量範囲および厚さは、第２半径方向位置２２７と第１半径方向位置２２１ｂとの間で連続的に減少する。従っていくつかの例において全流量範囲および厚さは、第１半径方向位置から第２半径方向位置まで増加し、その後方向７０９に沿って第２半径方向位置と第１半径方向位置との間で減少することによって、方向７０９に沿って連続的に変化し得る。段階的な増加／減少も考えられるが、全流量範囲および／または厚さの連続的変化が実現されると、スキンバッチ流を乱すことなく流動特性を滑らかにするのを助けることができる。

ここでハニカム体の中心部分をインテグラルスキンと共押出しする方法を、図８のフローチャートを参照して説明する。一例においてこの方法は、ダイ本体２０１を提供するステップ８０１で開始することができる。ダイ本体２０１は、排出スロット２０９のハニカム網２０７を備えた押出し面２０５を画成する、間隔の空いたダイピン２０３のアレイを含み、排出スロット２０９はダイ本体２０１の押出し軸３０５に沿って延在している。ダイ本体２０１はさらに、押出し軸３０５から見て外側に向きかつ押出し面２０５を囲む、外側周縁表面３０７を含んでもよい。排出スロット２０９のハニカム網２０７は、外側周縁表面３０７の第１の位置で、第１のスキン流特性を少なくとも部分的に画成し得る。さらに排出スロット２０９のハニカム網２０７は、押出し軸３０５の周囲方向７０９に第１の位置から間隔を空けた外側周縁表面３０７の第２の位置で、第２のスキン流特性を少なくとも部分的に画成し得る。第１のスキン流特性は第２のスキン流特性と異なり得る。

一例においてステップ８０１は、スロット方向２１７ａに沿って夫々延在するように第１組の複数の排出スロット２０９を提供してもよく、また第１のスロット平面２１９ａがスロット方向２１７ａに沿って延在し、かつ外側周縁表面３０７の第１の位置を含み、第２の平面２２３がスロット方向２１７ａに沿って延在したものではなく、かつ外側周縁表面３０７の第２の位置を含む。一例において、第２の平面２２３は第１の平面２１９ａと約４５°の角度αで交差するが、スロット構成、ハニカム基材の形状、上流のプロセス条件および／またはハニカム押出装置の他の特徴次第で他の角度を設けてもよい。

次いでこの方法は、内側周縁表面３１１を含むマスクを提供するステップ８０３に続く。この方法はその後、内側周縁表面３１１がダイ本体２０１の外側周縁表面３０７を少なくとも部分的に囲み、内側周縁表面３１１とダイピン２０３のアレイを囲んでいる外側周縁表面３０７との間に周縁間隙２１１を画成するように、マスク１２１をダイ本体２０１に据え付けるステップ８０５を含む。周縁間隙２１１は、外側周縁表面３０７の第１の位置に関連する第１の押出し断面２１１ａを含み、かつ周縁間隙２１１は、外側周縁表面３０７の第２の位置に関連する第２の押出し断面２１１ｂを含む。第１の押出し断面２１１ａの全流量範囲Ａ１は、第２の押出し断面２１１ｂの全流量範囲Ａ２よりも小さい。次にこの方法は、ステップ８０７から生じる８０８で概略的に示したように、ハニカム体の中心部分を、ハニカム体の外側周縁を画成するインテグラルスキンと共押出しするよう、ある量のバッチ材料１１３を周縁間隙２１１の全周縁の流量範囲に通して押し出すと同時に、別の量のバッチ材料１１３を排出スロット２０９のハニカム網２０７に通して押し出すステップ８０７を含む。

この方法は、第１のスキン流特性と第２のスキン流特性との間の差を少なくとも部分的に補償するように第１の押出し断面２１１ａと第２の押出し断面２１１ｂとを構成するステップ８０９を随意的に含んでもよい。例えば、この構成するステップ８０９は、内側周縁表面３１１が幾何学的に外側周縁表面３０７に類似しないように内側周縁表面３１１と外側周縁表面３０７とのうちの一方を構成するステップを含み得る。例えばステップ８０９は、外側周縁表面３０７と内側周縁表面３１１とのうちの一方に円形の円錐台形表面を提供してもよい。ステップ８０９は、内側周縁表面３１１と外側周縁表面３０７とのうちの一方にローブ状の円錐台形表面を提供するステップをさらに含んでもよい。例えばステップ８０９は、外側周縁表面と内側周縁表面とのうちの一方を円形の円錐台形表面として、また外側周縁表面と内側周縁表面とのうちの他方をローブ状の円錐台形表面として提供してもよい。提供される場合には、ローブ状の円錐台形表面は、ダイ本体２０１の押出し軸３０５の周囲で実質的に互いに等しく間隔を空けた、４つのローブ状部分を含み得る。さらなる例において、ローブ状部分の数および位置は、スロット構成、ハニカム基材の形状、上流のプロセス条件および／またはハニカム押出装置の他の特徴次第で異なっていてもよい。例えばローブ状部分は、いくつかの例では不均等に間隔の空いたものでもよいし、さらなる例では４つを超える、あるいは４未満のローブ状部分を提供してもよい。

ダイ本体における排出スロットの特定のハニカム網２０７構成に関連する異なるスキン流特性の補償方法を、ここで図９のフローチャートを参照して説明する。一例においてこの方法は、ダイ本体２０１を提供するステップ９０１で開始することができる。ダイ本体２０１は、排出スロット２０９のハニカム網２０７を備えた押出し面２０５を画成する、間隔の空いたダイピン２０３のアレイを含み、排出スロット２０９はダイ本体２０１の押出し軸３０５に沿って延在している。ダイ本体２０１はさらに、押出し軸３０５から見て外側に向きかつ押出し面２０５を囲む、外側周縁表面３０７を含む。排出スロット２０９のハニカム網２０７は、外側周縁表面３０７の第１の位置で第１のスキン流特性を、また押出し軸３０５の周囲方向７０９に第１の位置から間隔を空けた外側周縁表面３０７の第２の位置で、第２のスキン流特性を画成する。

次いでこの方法は、内側周縁表面３１１を含むマスク１２１を提供するステップ９０３と、その後、内側周縁表面３１１がダイ本体２０１の外側周縁表面３０７を少なくとも部分的に囲み、内側周縁表面３１１とダイピン２０３のアレイを囲んでいる外側周縁表面３０７との間に周縁間隙２１１を画成するように、マスク１２１をダイ本体２０１に据え付けるステップ９０５とに続く。周縁間隙２１１は、外側周縁表面３０７の第１の位置に関連する第１の押出し断面２１１ａを含む。周縁間隙２１１はさらに、外側周縁表面３０７の第２の位置に関連する第２の押出し断面２１１ｂを含む。第１の押出し断面２１１ａの全流量範囲Ａ１は第２の押出し断面２１１ｂの全流量範囲Ａ２よりも小さくなるように配置され、第１のスキン流特性と第２のスキン流特性との間の差を少なくとも部分的に補償する。

随意的に、この方法はステップ９０５の前に、第１のスキン流特性と第２のスキン流特性との間の差を少なくとも部分的に補償するために第１の押出し断面２１１ａおよび第２の押出し断面２１１ｂに対して既定の構成を選択的に提供するよう、マスク１２１の内側周縁表面３１１を機械加工するステップ９０７をさらに含み得る。

一例において、この方法はステップ９０５で終了してもよい。あるいはこの方法は、ステップ９０７から生じる９０８で示されているインテグラルスキンを備えたハニカム体を、共押出しするステップ９０７に続いてもよい。この方法は次いで、インテグラルスキンの少なくとも１つのスキン特性を、ハニカム体の周縁の周囲の複数の周縁位置で測定するステップ９０９に続いてもよい。例えばこのステップは、スキンの第１半径方向位置および第２半径方向位置に対応するスキン厚さを測定してもよい。この方法はその後、複数の周縁位置でのスキン特性の差を分析するステップ９１１を含み得る。例えばステップ９１１は、複数の周縁位置でのスキン厚さの差を分析するステップを含んでもよい。この方法は次いで、ステップ９０３で提供されたマスク１２１の内側周縁表面３１１とは異なる内側周縁表面を有する新たなマスクを、ステップ９１１で分析されたスキン特性の差を補償するために製造するステップ９１３を含んでもよい。従って、続いてマスクの微調整を実行し、ハニカム体のスキン特性における均一性をさらに得ることができる。ダイ本体で改変が実行され得るが、マスクは一般にダイ本体よりも交換に費用が掛からないため、特定の例ではマスクの改変が実行され得る。

図１０および１１は、本開示の態様によるスキン厚さの均一性の向上を明示した実験結果である。図１０は、従来のダイ装置を用いたハニカム体に関連するスキン厚さの測定結果を示している。図示のようにこの測定結果は、０°、９０°、１８０°、および２７０°の位置でのスキンの厚さが、概して、４５°、１３５°、２２５°、および３１５°の位置での厚さよりも厚いという所見を明示している。

図１１は、本開示の態様によるダイ装置１０３を用いたハニカム体に関連するスキン厚さの測定結果を示している。図示のようにスキン厚さの測定結果は、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、および３１５°の位置で、より均一な厚さを示している。

請求される発明の精神および範囲から逸脱することなく、説明した実施形態の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。従って、本書で説明した実施形態の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、請求される本発明はこのような改変および変形を含むと意図されている。

１０１ ハニカム押出装置
１０３ ダイ装置
１２１ マスク
２０１ ダイ本体
２０３ ダイピン
２０５ 押出し面
２０７ ハニカム網
２０９ 排出スロット
２１１ 周縁間隙
２１１ａ 第１の押出し断面
２１１ｂ 第２の押出し断面
２１５ａ 第１組の排出スロット
２１５ｂ 第２組の排出スロット
２１７ａ、２１７ｂ スロット方向
２１９ａ、２１９ｂ スロット平面
２２１ａ、２２１ｂ 第１半径方向位置
２２３ ピン横断平面
２２７ 第２半径方向位置
３０５ 押出し軸
３０７ 外側周縁表面
３１１ 内側周縁表面
７０７ａ、７０７ｂ、７０７ｃ、７０７ｄ ローブ

Claims (5)

1. ハニカム押出装置において、
   排出スロットのハニカム網を備えた押出し面を画成する、間隔の空いたピンのアレイを含むダイ本体であって、前記排出スロットが前記ダイ本体の押出し軸に沿って延在し、該ダイ本体が、前記押出し軸から見て外側に向きかつ前記押出し面を囲む、外側周縁表面をさらに含んでいる、ダイ本体、および、
   前記ダイ本体の前記外側周縁表面を少なくとも部分的に囲む内側周縁表面を含む、マスクであって、前記内側周縁表面と前記外側周縁表面との間に周縁間隙が画成され、かつ該周縁間隙が前記ピンのアレイを囲むものであり、さらに前記周縁間隙が、前記押出し軸に対する第１半径方向位置で第１の押出し断面を含み、かつ前記周縁間隙が、前記押出し軸に対する第２半径方向位置で第２の押出し断面を含み、前記第１の押出し断面の全流量範囲が前記第２の押出し断面の全流量範囲よりも小さい、マスク、
   を備えていることを特徴とするハニカム押出装置。
2. 前記内側周縁表面が前記外側周縁表面と幾何学的に類似したものではなく、例えば前記外側周縁表面と前記内側周縁表面とのうちの１つが円形の円錐台形表面を含むことを特徴とする請求項１記載のハニカム押出装置。
3. 前記内側周縁表面と前記外側周縁表面とのうちの１つがローブ状の円錐台形表面を含み、該ローブ状の円錐台形表面が、前記ダイ本体の前記押出し軸の周囲で実質的に互いに等しく間隔を空けた、４つのローブ状部分を随意的に含むことを特徴とする請求項２記載のハニカム押出装置。
4. 第１組の複数の前記排出スロットが夫々スロット方向に沿って延在し、かつ第１のスロット平面が、前記スロット方向に沿って延在しかつ前記第１半径方向位置を含み、さらに随意的に横断平面が、前記スロット方向に沿って延在したものではなくかつ前記第２半径方向位置を含むことを特徴とする請求項１記載のハニカム押出装置。
5. 前記周縁間隙の押出し断面の全流量範囲が、前記第１半径方向位置と前記第２半径方向位置との間で、前記押出し軸の周囲方向において実質的に連続的に変化することを特徴とする請求項１記載のハニカム押出装置。

Images