JP2018024219A - ハニカム構造体成形用口金 - Google Patents

Abstract

【課題】中央部と外周部とのセル構造が異なるハニカム成形体を高品質に成形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】坏土排出面１８側の中央部１５が坏土の押出方向Ｘの下流側に向かって突出した凸部１６を有する第一口金１０と、第一口金１０の凸部１６と相補的な形状を呈する環状の第二口金２０と、を備え、第一口金１０には、第一坏土導入孔１２が形成されるとともに、凸部１６の坏土排出面１８側に格子状の第一スリット１１が形成され、且つ、第二口金２０には、第二坏土導入孔２２と、当該第二坏土導入孔２２に連通した格子状の第二スリット２１とが形成され、且つ、第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４に、第一坏土導入孔１２と第二坏土導入孔２２との相互間で坏土の移動が行われる溝部３１を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ハニカム構造体成形用口金に関する。さらに詳しくは、中央部と外周部とのセル構造が異なるハニカム成形体を高品質に成形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、自動車等のエンジンから排出される排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化処理のため、ハニカム構造体に触媒を担持したものが使用されている。また、ハニカム構造体は、多孔質の隔壁によって区画形成されたセルの開口部に目封止を施すことにより、排ガス浄化用のフィルタとしても使用されている。

ハニカム構造体は、排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状の構造体である。このようなハニカム構造体は、セルの延びる方向に直交する面において、複数のセルが、所定の周期で規則的に配列したセル構造を有している。従来は、１つのハニカム構造体において、上記面内のセル構造は、１種類であったが、近年、排ガス浄化効率の向上等を目的として、上記面内に、２種類以上のセル構造を有するハニカム構造体が提案されている。例えば、セルの延びる方向に直交する面の、中央部分と外周部分において、セル密度やセル形状を異ならせることにより、上記面内に、２種類のセル構造を有するハニカム構造体が提案されている。

このようなハニカム構造体は、セラミック成形原料を含む坏土を押出成形用の口金によって成形してハニカム成形体を製造し、作製したハニカム成形体を乾燥・焼成することで作製される。ハニカム構造体成形用口金としては、例えば、金属製の口金基材に、坏土を導入するための裏孔と、この裏孔に連通するスリットとを形成することによって作製されている（例えば、特許文献１〜４参照）。以下、ハニカム構造体成形用口金を、単に、「成形用口金」、又は「口金」ということがある。

特開２０１５−０９６３１０号公報 特開２０１３−１３２８７９号公報 特開２０１３−１３２８８１号公報 特開平４−３３２６０４号公報

例えば、特許文献１に記載の口金は、原料の押出方向における上流側に位置する第１金型と、下流側に位置する第２金型とを備えたものである。上記第１金型は、押出方向の下流側に周囲から突出する凸部を有し、また、上記第２金型は、凸部に嵌合する貫通孔を有している。そして、特許文献１に記載の口金においては、第１金型の凸部が第２金型の貫通孔に挿入されて、第１金型と第２金型とが一体化されている。

しかしながら、特許文献１に記載の口金は、２種類のセル構造を有するハニカム構造体を作製するためのハニカム成形体を成形するための口金とした場合に、設計上の制約があるという問題があった。即ち、通常、ハニカム成形体を成形するための口金においては、口金基材の坏土排出面側に、ハニカム成形体のセル構造に対応した「格子状のスリット」が形成されている。そして、このような口金においては、格子状のスリットの交点部分に連通するように、原料供給穴としての裏孔が形成されている。特許文献１に記載の口金において、第１金型と第２金型とで、それぞれのスリットの形状が異なる場合には、第１金型における全ての裏孔（即ち、第１原料供給穴）と、第２金型における全ての裏孔（即ち、第２原料供給穴）とを完全に一致させることは困難である。全ての裏孔が一致しないと、第１金型と第２金型とを一体化した場合に、口金内における坏土の移動が阻害され、均一な押出成形が困難となる。このため、特許文献１に記載の口金において、第１金型と第２金型に形成するそれぞれのスリットの形状は、上記したような坏土の移動が阻害されないような形状を選択する必要があり、設計上の自由度が非常に低いものであった。

特許文献２及び３に記載の口金は、２種類のセル構造を有するハニカム成形体を成形するための口金ではなく、最外周部のみのセル品質の向上を目的とした口金である。そして、特許文献２及び３に記載の口金は、２種類のセル構造の形状、及びその形成範囲が広範囲に亘って変化する種々のハニカム成形体の成形には対応できていないという問題があった。例えば、２種類のセル構造を有するハニカム構造体においては、中央部分のセル構造と外周部分のセル構造の境界に、中央部分のセル構造を囲繞するように配設された境界壁を有することがある。境界壁は、押出成形時において、中央部分及び外周部分のセル構造を構成する隔壁に比して、成形原料としての坏土を大量に必要とする。特許文献２及び３に記載の口金によって、上記のような境界壁を有するハニカム成形体を成形する際に、境界壁を形成するための坏土の供給が追い付かず、境界壁及びその近傍において、成形不良を引き起こすことがある。また、特許文献２及び３に記載の口金は、最外周部のみのセル品質の向上を目的としているため、シェル部の強度に問題があり、シェル部の形成範囲を単に拡張しただけでは、シェル部が変形してしまう等の問題が懸念される。

特許文献４に記載の口金は、押出圧を利用して隣接したダイボディ（ｄｉｅ ｂｏｄｙ）にくさびで締める、又はかみ合わせる構造であるため、坏土への耐圧性が低く、口金の破損が生じ易いという問題があった。また、特許文献４に記載の口金は、裏孔の位置ずれを誘発し易く、成形不良を生じ易いという問題もあった。

本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものである。本発明は、中央部と外周部とのセル構造が異なるハニカム成形体を高品質に成形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。

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］ 成形原料としての坏土の押出方向の上流側に配置され、坏土排出面側の中央部が前記押出方向の下流側に向かって突出した凸部を有する第一口金と、
前記第一口金の下流側に配置され、前記凸部と相補的な形状を呈する環状の第二口金と、を備え、
前記第一口金の前記中央部には、第一坏土導入孔と、当該第一坏土導入孔に連通した格子状の第一スリットとが形成され、
前記第一口金の前記中央部を取り囲む外周部には、当該第一口金の前記外周部を貫通するように前記第一坏土導入孔が形成され、
環状の前記第二口金には、前記第一口金の前記外周部に形成された前記第一坏土導入孔から排出された前記坏土が導入される第二坏土導入孔と、当該第二坏土導入孔に連通した格子状の第二スリットとが形成され、
前記第一口金の前記外周部の前記第一坏土導入孔の開口位置と、前記第二口金の前記第二坏土導入孔の開口位置とが、少なくとも一部において一致しておらず、且つ、
前記第一口金の凸部の外周面と環状の前記第二口金の内周面との間に、前記坏土を環状に押出成形するための隙間部を有し、
前記第一口金と前記第二口金の当接面に、前記第一坏土導入孔と前記第二坏土導入孔との相互間で前記坏土の移動が行われる溝部を有する、ハニカム構造体成形用口金。

［２］ 前記第一スリットの形状と、前記第二スリットの形状とが異なるものである、前記［１］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［３］ 前記溝部が、前記第二口金に形成されている、前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［４］ 前記溝部の幅が、０．１〜１．５ｍｍである、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［５］ 前記溝部の溝の深さが、０．１〜５．０ｍｍである、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［６］前記第二口金の前記当接面における前記溝部が形成されている範囲の面積に対する、当該範囲における前記溝部及び前記第二坏土導入孔の開口部分の合計面積の比率が、４０〜９０％である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［７］ 押出成形するハニカム成形体の端面の面積に対する、前記第一口金の前記中央部の面積の割合が、３０〜７０％である、前記［１］〜［６］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［８］ 前記第一スリットのうちの一つのセルを取り囲むスリットと、前記第二スリットのうちの一つのセルを取り囲むスリットとが、互いに交差する方向に延びるものである、前記［１］〜［７］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［９］ 前記第一スリットによって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向と、前記第二スリットによって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向とが、互いに交差する方向に延びるものである、前記［１］〜［８］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［１０］ 前記第一口金は、前記中央部と前記外周部とで、前記第一坏土導入孔の開口径、及びそれぞれの前記第一坏土導入孔の相互間の間隔が同一である、前記［１］〜［９］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［１１］ ２つ以上の前記第二口金を有し、前記第二口金を交換することにより、前記溝部の溝の深さを変更可能に構成されている、前記［１］〜［１０］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。

［１２］ ２つ以上の前記第一口金を有し、前記第一口金を交換することにより、前記溝部の溝の深さを変更可能に構成されている、前記［１］〜［１１］のいずれか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は、坏土排出面側の中央部が坏土の押出方向の下流側に向かって突出した凸部を有する第一口金と、第一口金の凸部と相補的な形状を呈する環状の第二口金と、を備えたものである。そして、本発明のハニカム構造体成形用口金においては、第一口金と第二口金の当接面に、第一坏土導入孔と第二坏土導入孔との相互間で坏土の移動が行われる溝部を有することを特徴とする。

本発明のハニカム構造体成形用口金によれば、中央部と外周部とのセル構造が異なるハニカム成形体を高品質に成形することができる。即ち、第一口金の第一坏土導入孔と、第二口金の第二坏土導入孔との位置が一致していなくとも、第一口金と第二口金の当接面に形成された溝部により、第二坏土導入孔に導入される坏土の流量分布を均等化することができる。したがって、本発明のハニカム構造体成形用口金によれば、第二口金の第二スリットからの坏土の排出量が均等化され、ハニカム成形体を高品質に成形することができる。

また、本発明のハニカム構造体成形用口金によれば、口金交換時やラム成形（Ｌａｍｂ ｍｏｌｄｉｎｇ）停止時において、口金に背圧（Ｂａｃｋ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が生じたとしても、第二口金の変形を有効に抑制することができる。

本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態の坏土排出面側を模式的に示す平面図である。 図１に示すハニカム構造体成形用口金の坏土導入面側の平面図である。 図１に示すハニカム構造体成形用口金を構成する第一口金の坏土排出面側の平面図である。 図１に示すハニカム構造体成形用口金を構成する第二口金の坏土排出面側の平面図である。 図１に示すハニカム構造体成形用口金を構成する第二口金の坏土導入面側の平面図である。 図１に示すハニカム構造体成形用口金のＡ−Ａ’断面を示す模式的に示す断面図である。 図６の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金によって作製されたハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。 図８に示すハニカム構造体の流入端面を模式的に示す平面図である。 図９のＢ−Ｂ’断面を示す模式的に示す断面図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態の坏土排出面側を模式的に示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら具体的に説明する。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。ここで、図１は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態の坏土排出面側を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示すハニカム構造体成形用口金の坏土導入面側の平面図である。図３は、図１に示すハニカム構造体成形用口金を構成する第一口金の坏土排出面側の平面図である。図４は、図１に示すハニカム構造体成形用口金を構成する第二口金の坏土排出面側の平面図である。図５は、図１に示すハニカム構造体成形用口金を構成する第二口金の坏土導入面側の平面図である。図６は、図１に示すハニカム構造体成形用口金のＡ−Ａ’断面を示す模式的に示す断面図である。図７は、図６の一部を拡大した拡大断面図である。なお、図３及び図５においては、第一口金と第二口金の当接面を、それぞれハッチングを付して示している。

図１〜図７に示すように、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１００は、第一口金１０と、第二口金２０と、を備えたものである。第一口金１０は、成形原料としての坏土の押出方向Ｘの上流側に配置され、坏土排出面１８側の中央部１５が押出方向の下流側に向かって突出した凸部１６を有する。第二口金２０は、第一口金１０の下流側に配置され、第一口金１０の凸部１６と相補的な形状を呈する環状の口金である。以下、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１００を、単に、「口金１００」ということがある。坏土の押出方向Ｘとは、本実施形態の口金１００を用いて押出成形する際の押出方向のことであり、坏土導入面１９から坏土排出面１８に向かう方向のことである。

本実施形態の口金１００において、第一口金１０の中央部１５には、第一坏土導入孔１２と、当該第一坏土導入孔１２に連通した格子状の第一スリット１１とが形成されている。第一坏土導入孔１２は、格子状の第一スリット１１の交点と押出方向Ｘに対して同軸上に形成されている。即ち、第一坏土導入孔１２は、格子状の第一スリット１１の交点に連通している。また、第一口金１０の中央部１５を取り囲む外周部１７には、当該第一口金１０の外周部１７を貫通するように第一坏土導入孔１２が形成されている。

環状の第二口金２０には、第一口金１０の外周部１７に形成された第一坏土導入孔１２から排出された坏土が導入される第二坏土導入孔２２と、当該第二坏土導入孔２２に連通した格子状の第二スリット２１とが形成されている。第二坏土導入孔２２は、格子状の第二スリット２１の交点と押出方向Ｘに対して同軸上に形成されている。即ち、第二坏土導入孔２２は、格子状の第二スリット２１の交点に連通している。また、本実施形態の口金１００においては、第一口金１０の外周部１７の第一坏土導入孔１２の開口位置と、第二口金２０の第二坏土導入孔２２の開口位置とが、少なくとも一部において一致しないように構成されている。

本実施形態の口金１００においては、第一口金１０と第二口金２０とが、第一口金１０の外周部１７の押出方向Ｘの下流側の端面と、環状の第二口金２０の押出方向Ｘの上流側の端面とが当接するように組み合わされて一体化している。以下、第一口金１０の外周部１７の押出方向Ｘの下流側の端面を、「第一口金１０の当接面１４」といい、環状の第二口金２０の押出方向Ｘの上流側の端面を、「第二口金２０の当接面２４」ということがある。また、以下、単に、上流側という場合は、押出方向Ｘの上流側を意味し、単に、下流側という場合は、押出方向Ｘの下流側を意味する。

本実施形態の口金１００は、第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４に、第一坏土導入孔１２と第二坏土導入孔２２との相互間で坏土の移動が行われる溝部３１を有する。

本実施形態の口金１００は、第一口金１０の凸部１６の外周面と、環状の第二口金２０の内周面との間に、坏土を環状に押出成形するための隙間部３５を有する。即ち、本実施形態の口金１００においては、第二口金２０の中央部２５における空隙部２６が、第一口金１０の凸部１６の周縁よりも若干大きく形成されている。このように構成することにより、第一口金１０の凸部１６を、環状の第二口金２０の空隙部２６に挿入するように組み合わせた際に、第一口金１０の凸部１６と第二口金２０との間に、環状の隙間部３５が形成される。この環状の隙間部３５が、ハニカム成形体の境界壁を成形するための隙間部３５となる。本発明において、「第一口金１０の凸部１６と相補的な形状を呈する環状の第二口金２０」とは、第一口金１０の凸部１６と同じ形状の空隙部２６を有する環状の口金、又は、第一口金１０の凸部１６より若干大きな空隙部２６を有する環状の口金ことを意味する。

本実施形態の口金１００においては、第一口金１０の押出方向Ｘの上流側の端面が、口金１００全体の坏土導入面１９となっている。したがって、押出成形時においては、まず、成形原料としての坏土が、第一口金１０の坏土導入面１９に開口した第一坏土導入孔１２に導入される。第一口金１０の中央部１５の第一坏土導入孔１２に導入された坏土は、第一坏土導入孔１２に連通した格子状の第一スリット１１へと移動し、第一口金の坏土排出面１８から、第一スリット１１の形状に対応した成形体として排出される。一方、第一口金１０の外周部１７の第一坏土導入孔１２に導入された坏土は、第一口金１０の当接面１４側から排出され、溝部３１を経由して、第二口金２０の第二坏土導入孔２２に導入される。この際、第一口金１０の第一坏土導入孔１２と、第二口金２０の第二坏土導入孔２２との位置が一致していなくとも、第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４に形成された溝部３１により、坏土の流量分布を均等化することができる。第二口金２０の第二坏土導入孔２２に導入された坏土は、第二坏土導入孔２２に連通した格子状の第二スリット２１へと移動し、第二口金の坏土排出面２８から、第二スリット２１の形状に対応した成形体として排出される。したがって、本実施形態の口金１００によれば、第二口金２０の第二スリット２１からの坏土の排出量が均等化され、ハニカム成形体を高品質に成形することができる。また、溝部３１は、坏土を環状に押出成形するための隙間部３５にも連通しているため、第一口金１０の外周部１７の第一坏土導入孔１２に導入された坏土は、この溝部３１を経由して、隙間部３５にも導入される。したがって、隙間部３５に導入される坏土の流量分布も均等化することができ、押出成形されるハニカム成形体の境界壁周辺での成形不良の発生についても特に有効に抑制することができる。このため、本実施形態の口金１００は、特に、中央部と外周部とのセル構造が異なるハニカム成形体を高品質に成形することができる。

本明細書において、「セル構造」は、隔壁厚さ、セル密度、及びセル形状で規定されるハニカム構造体の構造のことを意味する。また、「スリットの形状」は、口金に形成されるスリットの幅、深さ、長さ、及びスリット相互の接続形態で規定されるスリットの形状のことを意味する。

また、溝部３１が形成された箇所を除いて、第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４は互いに接触した状態となっているため、第二口金２０の変形を有効に抑制することができる。例えば、第一口金１０の外周部１７の下流側の端面と、第二口金２０の上流側の端面とが当接せず、第二口金２０が片持ち梁のような状態であると、口金交換時やラム成形停止時において、口金１００に背圧が生じた際に、第二口金２０が変形してしまうことがある。

更に、本実施形態の口金１００は、ハニカム成形体の中央部と外周部の境界に境界壁を有する場合であっても、境界壁を成形するための坏土の供給を、溝部３１によって十分に確保することができる。このため、本実施形態の口金１００は、ハニカム成形体の境界壁及びその近傍における成形不良の発生を有効に防止することができる。

更に、図示は省略するが、本実施形態の口金においては、第二スリットの形状が異なる数種類の第二口金を別途用意し、成形するハニカム成形体のセル構造に合わせて、第二口金を交換して使用することもできる。第二口金の第二坏土導入孔は、格子状の第二スリットの交点と押出方向に対して同軸上に形成されているため、当接面における第二坏土導入孔の開口位置は、第二口金の第二スリットの形状によってそれぞれ異なることとなる。本実施形態の口金においては、互いの当接面に溝部を有しているため、第二スリットの形状が異なる第二口金を使用した場合であっても、口金内における坏土の移動が阻害されることがなく、中央部と外周部とで、常に均一な押出成形を実現することができる。

ここで、本実施形態のハニカム構造体成形用口金によって作製されたハニカム構造体について説明する。図８は、本発明のハニカム構造体成形用口金によって作製されたハニカム構造体の一例を模式的に示す斜視図である。図９は、図８に示すハニカム構造体の流入端面を模式的に示す平面図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ’断面を示す模式的に示す断面図である。

図８〜図１０に示すハニカム構造体２００は、多孔質の隔壁２０１、及び隔壁２０１の外周を囲繞するように配設された外周壁２０３を有する、柱状のハニカム構造部２０４を備えたものである。ハニカム構造部２０４の隔壁２０１は、流入端面２１１から流出端面２１２まで延びる流体の流路となる複数のセル２０２を区画形成するものである。そして、このハニカム構造部２０４は、中央セル構造２１５、外周セル構造２１６、及び外周セル構造２１６と中央セル構造２１５の境界部分に配設された境界壁２０８を有する。ハニカム構造部２０４において、中央セル構造２１５と、外周セル構造２１６とは、異なるセル構造である。

ここで、中央セル構造２１５とは、ハニカム構造部２０４のセル２０２の延びる方向に直交する面において、ハニカム構造部２０４の中央部分に形成された複数のセル２０２ａによって構成されたセル構造のことである。外周セル構造２１６とは、上記面において、ハニカム構造部２０４の中央部分よりも外周寄りに形成された複数のセル２０２ｂによって構成されたセル構造のことである。

「セル構造」とは、セル２０２の延びる方向に直交する面において、隔壁２０１によって区画されたセル２０２の１個、又は複数個のセル２０２の組み合わが、１つの繰り返し単位となり、その繰り返し単位の集合によって形成される構造のことをいう。例えば、同一形状のセルが、上記面において規則的に配列している場合、同一形状のセルの存在する範囲が、１つのセル構造となる。また、異なるセル形状のセルであっても、複数個のセルの組み合わせが１つの繰り返し単位となる場合には、その繰り返し単位が存在する範囲が、１つのセル構造となる。

２つのセル構造が「異なるセル構造」であるとは、２つのセル構造を比較した場合に、隔壁厚さ、セル密度、セル形状のいずれか１つが異なることを意味する。ここで、「隔壁厚さが異なる」とは、２つのセル構造の隔壁厚さを比較した場合に、２５μｍ以上の差を有することをいう。また、「セル密度が異なる」とは、２つのセル構造のセル密度を比較した場合に、７個／ｃｍ^２以上の差を有することをいう。

本実施形態の口金は、図８〜図１０に示すようなハニカム構造体２００を製造するためのハニカム成形体の成形に好適に用いることができる。以下、本実施形態の口金のより好適な形態について説明する。

本実施形態の口金は、図１〜図７に示すように、第一スリット１１の形状と、第二スリット２１の形状とが異なるものであることが好ましい。第一スリット１１の形状及び第二スリット２１の形状については特に制限はなく、成形するハニカム成形体のセル構造に合わせて適宜選択することができる。

第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４に形成される溝部３１は、第一口金１０側に形成されていてもよいし、第二口金２０側に形成されていてもよい。本実施形態の口金１００においては、第二口金２０側に溝部３１が形成されていることが好ましい。第二口金２０側に溝部３１が形成されていると、口金１００の強度の確保および製造容易性の点で好ましい。例えば、第二口金２０側に溝部３１が形成されることにより、溝部３１に対してかかる応力が、圧縮方向の応力となり、溝部３１に応力集中が起きたとしても、口金１００の強度を確保することができる。

溝部３１の幅については特に制限はないが、０．１〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．３〜０．７ｍｍであることが特に好ましい。溝部３１の幅が０．１ｍｍ未満であると、押出成形時の押出抵抗が増加する点で好ましくない。一方、溝部３１の幅が１．５ｍｍを超えると、第一口金と第二口金が接する面積が過小となり、当接部の変形により流動性が変化する点で好ましくない。

溝部３１の押出方向Ｘの溝の深さについては特に制限はないが、０．１〜５．０ｍｍであることが好ましく、０．３〜１．２ｍｍであることが特に好ましい。溝部３１の深さが０．１ｍｍ未満であると、押出成形時の押出抵抗が増加する点で好ましくない。一方、溝部３１の深さが５．０ｍｍを超えると、第二口金の実質厚みが小となり、全体の強度が低下する点で好ましくない。

第二口金２０の当接面２４における溝部３１が形成されている範囲３２の面積に対する、当該範囲における溝部３１及び第二坏土導入孔２２の開口部分の合計面積の比率が、４０〜９０％であることが好ましく、５０〜８０％であることが特に好ましい。ここで、「第二口金２０の当接面２４における溝部３１が形成されている範囲３２」とは、第二口金２０の当接面２４において、それぞれの溝部３１の末端を結ぶ線によって囲われた範囲のことを意味する。図５において、符号３２で示される破線によって囲われた範囲が、「溝部３１が形成されている範囲３２」である。したがって、上記した溝部３１が形成されている範囲３２の面積には、当該範囲における溝部３１及び第二坏土導入孔２２の開口部分の面積が含まれている。上記した比率が４０％未満であると、押出成形時の押出抵抗が増加する点で好ましくない。一方、上記した比率が９０％を超えると、第一口金と第二口金が接する面積が過小となり、当接部の変形により流動性が変化する点で好ましくない。

第二口金２０の当接面２４における溝部３１の形状については特に制限はない。例えば、第二口金２０の当接面２４における第二坏土導入孔２２の開口部のうち、近接する２つの開口部を直線で結ぶような格子状であることが好ましい。このように構成することにより、口金１００の強度低下を最小限に抑制することができる。なお、一の第二坏土導入孔２２の開口部から、近接する第二坏土導入孔２２よりも離れた位置に存在する第二坏土導入孔２２の開口部までを結ぶような形状の溝部３１を更に含んでいてもよい。

本実施形態の口金は、図１〜図７に示すように第二口金２０の当接面２４に溝部３１が形成されている場合には、２つ以上の第二口金２０を有していてもよい。それぞれの第二口金２０は、その当接面２４に形成された溝部３１の深さが異なっており、第二口金２０を交換することにより、溝部３１の溝の深さを変更可能に構成されていてもよい。例えば、押出成形時の成形条件に応じて、２つ以上の第二口金２０の中から、溝部３１の溝の深さが最適となるものを適宜選択して使用してもよい。

また、図示は省略するが、第一口金の当接面に溝部が形成されている場合には、２つ以上の第一口金を有していてもよい。それぞれの第一口金は、その当接面に形成された溝部の深さが異なっており、第一口金を交換することにより、溝部の溝の深さを変更可能に構成されていてもよい。例えば、押出成形時の成形条件に応じて、２つ以上の第一口金の中から、溝部の溝の深さが最適となるものを適宜選択して使用してもよい。

押出成形するハニカム成形体の端面の面積に対する、第一口金１０の中央部１５の面積の割合については、成形するハニカム成形体の中央部及び外周部のセル構造（例えば、図８〜図１０参照）に応じて適宜決定することができる。なお、本実施形態の口金においては、上記割合が、３０〜７０％であることが好ましく、４０〜６０％であることが特に好ましい。

上述したように、口金１００においては、第二口金２０の中央部２５における空隙部２６が、第一口金１０の凸部１６の周縁よりも若干大きく形成され、第一口金１０の凸部１６と第二口金２０との間に、環状の隙間部３５が形成されている。上述した環状の隙間部３５の間隔については特に制限はなく、成形するハニカム成形体の境界壁の厚さに応じて適宜選択することができる。例えば、環状の隙間部３５の間隔は、０．０４〜０．５０ｍｍであることが好ましい。

第一口金１０は、中央部１５と外周部１７とで、第一坏土導入孔１２の開口径、及びそれぞれの第一坏土導入孔１２の相互間の間隔が同一であることが好ましい。このように構成することによって、例えば、第一口金１０を簡便に且つ低コストに製造することができる。

また、本実施形態の口金は、第一スリットのうちの一つのセルを取り囲むスリットと、第二スリットのうちの一つのセルを取り囲むスリットとが、互いに交差する方向に延びるものであってもよい。ここで、「セル」とは、成形するハニカム成形体において、隔壁によって区画形成された空間を意味する。例えば、図１１に示す口金３００は、図１に示す口金１００に対して、第一口金１０の第一スリット１１が時計回りに４５°回転した状態となるように作製されている。このため、口金３００においては、第一スリット１１のうちの一つのセルを取り囲むスリットと、第二スリット２１のうちの一つのセルを取り囲むスリットとが、平行な位置関係を有していない。本実施形態の口金は、上述したように、第一スリット及び第二スリットにおいて、各セルを取り囲むスリットが互いに交差するような場合でも、坏土の流量分布を均等化することができる。したがって、第二口金の第二スリットからの坏土の排出量が均等化され、ハニカム成形体を高品質に成形することができる。

本実施形態の口金１００は、図１に示すように、第一スリット１１によって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向と、第二スリット２１によって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向とが、平行となっている。即ち、第一口金１０の第一スリット１１の延びる方向と、第二口金２０の第二スリット２１の延びる方向とが、平行となっている。但し、図１１に示す口金３００のように、第一スリット１１によって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向と、第二スリット２１によって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向とが、互いに交差する方向に延びるものであってもよい。図１１は、本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態の坏土排出面側を模式的に示す平面図である。図１１に示す口金３００において、図１に示す口金１００と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略することがある。

図１１に示す口金３００においても、第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４（図７参照）に、第一坏土導入孔１２と第二坏土導入孔２２との相互間で坏土の移動が行われる溝部３１（図７参照）を有している。このため、図１１に示す口金３００のように、第一口金１０の第一スリット１１の延びる方向と、第二口金２０の第二スリット２１の延びる方向とが、互いに交差するような場合でも、坏土の流量分布を均等化することができる。したがって、第二口金２０の第二スリット２１からの坏土の排出量が均等化され、ハニカム成形体を高品質に成形することができる。

図１１に示す口金３００は、予め、第一口金１０の第一スリット１１が時計回りに４５°回転した状態となるように作製されたものである。ただし、例えば、図１に示す口金１００において、第一口金１０を時計回りに４５°回転させて使用することもできる。図１に示す口金１００の第一口金１０を時計回りに４５°回転させた場合でも、図６及び図７に示すように、第一口金１０と第二口金２０の当接面１４，２４には溝部３１が存在するため、口金１００内における坏土の移動が阻害されることはない。従来の溝部を有しない口金は、例えば、第一口金の第一坏土導入孔と、第二口金の第二坏土導入孔とが、坏土の押出方向において一致するように設計されている。このため、第一口金のみを回転させて使用した場合には、口金内における坏土の移動が阻害されてしまう。

図１〜図７に示すような本実施形態の口金において、第一口金１０の厚さ、第一口金１０の凸部１６の突出高さ、及び第二口金２０の厚さについては特に制限はない。第一口金１０の厚さとしては、１０〜５０ｍｍであることが好ましい。第一口金１０の凸部１６の突出高さとしては、５〜３０ｍｍであることが好ましい。第二口金２０の厚さとしては、５〜３０ｍｍであることが好ましい。なお、第一口金１０の凸部１６の突出高さと、第二口金２０の厚さとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、環状の第二口金２０の空隙部２６内に、第一口金１０の凸部１６を挿入した際に、第一口金１０の坏土排出面１８の位置と、第二口金２０の坏土排出面２８の位置とが、一致していてもよいし、一致していなくともよい。

第一口金１０を構成する第一口金基材１３、及び第二口金２０を構成する第二口金基材２３の材料としては、ハニカム構造体成形用の口金の材料として一般的に用いられている金属又は合金を挙げることができる。以下、第一口金基材及び第二口金基材を総称して、単に「口金基材」ということがある。例えば、口金基材の材料として、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から構成される群より選ばれる少なくとも一つの金属を含む金属又は合金を挙げることができる。

口金基材の材料として使用される合金の一例として、ステンレス合金、より具体的には、ＳＵＳ６３０を挙げることができる。このようなステンレス合金は、加工が比較的に容易であるとともに、安価な材料である。また、口金基材を構成する合金の他例として、耐摩耗性に優れた炭化タングステン基超硬合金等を挙げることができる。炭化タングステン基超硬合金等によって構成された口金基材を用いることにより、スリットの磨耗が少ないハニカム構造体成形用口金を製造することができる。

本実施形態の口金を製造する方法については特に制限はない。例えば、本実施形態の口金は、従来公知の口金の製造方法に準じて製造することができる。

第一坏土導入孔及び第二坏土導入孔については、第一口金基材及び第二口金基材に対して、ドリル加工、放電加工、電解加工、及びレーザー加工等の公知の機械加工を用いて形成することができる。

第一スリット及び第二スリットについては、第一口金基材及び第二口金基材に対して、研削加工、放電加工、電解加工、レーザー加工等の公知の機械加工を用いて形成することができる。

第一口金と第二口金との当接面の溝部は、研削加工、放電加工、レーザー加工等の公知の機械加工を用いて形成することができる。

第一口金の中央部を構成する凸部は、研削加工、放電加工、あるいは二部材の接合によって形成することができる。

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）
実施例１では、図８〜図１０に示すようなハニカム構造部２０４の中央セル構造２１５と外周セル構造２１６とが異なるセル構造のハニカム構造体２００を作製するための口金を製造した。より具体的には、実施例１では、最終製品としてのハニカム構造体が、以下のように構成されたハニカム構造体となるような口金を作製した。最終製品としてのハニカム構造体は、端面の直径が１００ｍｍの円柱状であり、当該端面における中央セル構造の直径が７０ｍｍである。中央セル構造と外周セル構造の境界には、厚さ０．１ｍｍの境界壁を有する。中央セル構造は、セルの形状が四角形で、隔壁厚さが０．０９ｍｍ、セル密度が９３個／ｃｍ^２である。外周セル構造は、セルの形状が四角形で、隔壁厚さが０．１１ｍｍ、セル密度が６２個／ｃｍ^２である。なお、上記のハニカム構造体に各寸法については、製造公差を含んでいない。

まず、実施例１では、まず実施例では、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板上の第一口金基材を用意した。用意した第一口金基材の一方の表面を坏土排出面とし、放電加工により突出長が１０ｍｍとなるよう凸部を形成した。

次に、第一口金基材の凸部の坏土排出面に、格子状の第一スリットを形成した。格子状の第一スリットは、上述した最終製品としてのハニカム構造体の中央セル構造を構成する隔壁を押出成形可能なスリット形状とした。第一スリットの形成は、研削加工によって行った。

次に、第一口金基材の坏土導入面に、第一スリットの交点部分に連通するように、開口径が１．２ｍｍの第一坏土導入孔を形成した。また、第一口金基材については、凸部を有していない外周部についても、凸部を有する中央部と同一のピッチで第一坏土導入孔を形成した。第一口金基材の外周部の第一坏土導入孔は、第一口金基材の坏土導入面から、後述する第二口金との当接面まで連通する貫通孔とした。以上のようにして、実施例１の口金における第一口金を作製した。

次に、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの板状の第二口金基材を用意した。口金基材は、ステンレス製のものとした。用意した第二口金基材の中央部分を、円形状にくり抜いて、第二口金基材を環状のものとした。

次に、第二口金基材の凸部の坏土排出面に、格子状の第二スリットを形成した。格子状の第二スリットは、上述した最終製品としてのハニカム構造体の外周セル構造を構成する隔壁を押出成形可能なスリット形状とした。第二スリットの形成は、研削加工によって行った。

次に、第二口金基材の坏土排出面とは反対側の面に、第二スリットの交点部分に連通するように、開口径が１．２ｍｍの第二坏土導入孔を形成した。第二口金基材の坏土排出面とは反対側の面が、第二口金基材と第一口金基材とを組み合わせた際に、第一口金基材の外周部と接触する当接面となる。

次に、第二口金基材の上記当接面に、第一坏土導入孔と第二坏土導入孔との相互間で坏土の移動が行われる溝部を形成した。この溝部は、第二坏土導入孔の開口部のうちの近接する２つの開口部を直線で結ぶような格子状とした。溝部の幅は０．５ｍｍとし、溝部の押出方向の深さは０．５ｍｍとした。溝部の形成は、研削加工によって行った。以上のようにして、実施例１の口金における第二口金を作製した。

次に、第二口金の中央部の空隙部に、第一口金の中央部の凸部を挿入するようにして、第二口金と第一口金とを組み合わせ、実施例１の口金を製造した。第二口金の当接面における溝部が形成されている範囲の面積に対する、当該範囲における溝部の開口部分の面積の比率は、７１％であった。以下、上記した溝部の開口部分の面積を、「溝部の面積比率」ということがある。表１に、「口金構造」、「溝部の有無」、「溝部の幅（ｍｍ）」、「溝部の深さ（ｍｍ）」、「溝部の面積比率（％）」を示す。なお、実施例１の口金のように、第一口金と第二口金を組み合わせて１つの口金を製造したものについて、「口金構造」の欄において「二体組付」と記す。一方、１つの口金基材に対して、中央部と外周部とでスリットの形状が異なるようにして製造した口金について、「口金構造」の欄において「一体構造」と記す。

実施例１の口金の製造に要した総作業時間は、７０時間であった。実施例１の口金を用いて、以下に示すような方法で、「成形品品質」、［押出抵抗］及び「第二口金の変形の有無」の評価を行った。結果を表１に示す。

［成形品品質］
作製した口金を用いて、コージェライト組成からなるハニカム構造体を押出成形した。押出成形したハニカム構造体を目視で確認し、ハニカム構造体の品質を以下の評価基準で評価した。外観不良なき場合を「良」とする。外観不良ある場合、又は成形不可である場合を「不可」とする。ここで、「外観不良」とは口金各部における押出速度ばらつきにより、ハニカム構造体を構成する隔壁が湾曲することを指す。

［押出抵抗］
作製した口金の上流側に圧力センサーを配置し、圧力センサーを配置した口金を用いて、コージェライト組成からなるハニカム構造体を押出成形した。押出成形時における口金の上流側の圧力を圧力センサーによって測定し、測定した圧力を、評価対象の口金の押出抵抗とした。押出成形時の押出抵抗を以下の評価基準で評価した。通常のハニカム製品の生産時の圧力の範囲を「標準」とし、「標準」よりも押出抵抗が高い場合を「大」とし、「標準」よりも押出抵抗が低い場合を「小」とする。

［第二口金の変形の有無］
作製した口金を用いて、成形品品質の評価と同条件の押出成形を３回行い、押出成形が終了した段階で、第二口金の変形の有無を目視で確認した。第二口金に変形が確認された場合を「有り」とし、第二口金に変形が確認されなった場合を「無し」とする。

（実施例２〜４）
「溝部の幅（ｍｍ）」、「溝部の深さ（ｍｍ）」、及び「溝部の面積比率（％）」を表１に示すような値となるように変更した以外は、実施例１と同様の方法で口金を製造した。実施例２〜４の口金を用いて、実施例１と同様の方法で、「成形品品質」、［押出抵抗］及び「第二口金の変形の有無」の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例１）
比較例１では、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状の口金基材を用意した。口金基材は、ステンレス製のものとした。用意した口金基材の一方の表面を坏土排出面とし、その坏土排出面側の中央部分に、実施例１の口金の第一スリットと同形状のスリットを形成した。次に、口金基材の坏土排出面側の外周部分に、実施例１の口金の第二スリットと同形状のスリットを形成した。次いで、実施例１の隙間部に相当する位置に第一スリットと第二スリットの端部を繋ぎ合せる環状のスリットを形成した。次に、口金基材の坏土導入面側から、各スリットの交点部分に連通するように、開口径が１．２ｍｍの坏土導入孔を形成した。以上のようにして、比較例１の口金を製造した。

比較例１の口金の製造に要した総作業時間は、１００時間であった。比較例１の口金を用いて、実施例１と同様の方法で、「成形品品質」、［押出抵抗］及び「第二口金の変形の有無」の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例２）
比較例２では、まず、実施例１の口金の第一口金と同様に構成された第一口金を作製した。次に、比較例２では、実施例１の口金のように、第二口金基材の当接面に溝部を形成せずに第二口金を作製した。このような第二口金の中央部の空隙部に、第一口金の中央部の凸部を挿入するようにして、第二口金と第一口金とを組み合わせ、比較例２の口金を製造した。

比較例２の口金の製造に要した総作業時間は、６０時間であった。比較例２の口金を用いて、実施例１と同様の方法で、「成形品品質」、［押出抵抗］及び「第二口金の変形の有無」の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例３）
比較例３では、まず、実施例１の口金の第一口金と同様に構成された第一口金を作製した。次に、比較例３では、実施例１の口金のように、第二口金基材の当接面に溝部を形成するのではなく、第二口金基材の当接面から押出方向の０．５ｍｍの範囲を放電加工によって取り除いた第二口金を作製した。このような第二口金の中央部の空隙部に、第一口金の中央部の凸部を挿入するようにして、第二口金と第一口金とを組み合わせ、比較例３の口金を製造した。比較例３の口金は、第一口金の外周部の下流側の端面と第二口金の上流側の端面とが当接せず、第二口金が片持ち梁のような状態で第一口金と組み合わされたものであった。

比較例３の口金の製造に要した総作業時間は、７０時間であった。比較例３の口金を用いて、実施例１と同様の方法で、「成形品品質」、［押出抵抗］及び「第二口金の変形の有無」の評価を行った。結果を表１に示す。

（結果）
実施例１〜４の口金は、比較例１の口金に比して製造時間を短縮することができるとともに、成形品品質の評価も良好なものであった。また、第二口金の変形の有無の評価においても、第二口金の変形は確認されなかった。

比較例１の口金は、成形品品質の評価において、不可という結果となった。その理由としては、口金の中央部と外周部とでスリットの形状が異なっていると、口金内の坏土の流量分布が不均一になり易く、スリットからの坏土の排出量が均等にならないためと推測される。また、比較例１の口金を用いて押出成形を行った場合には、境界壁を形成するための坏土の供給が追い付かず、境界壁及びその近傍においても成形不良が多く確認された。

比較例２の口金は、第一口金の第一坏土導入孔と、第二口金の第二坏土導入孔との位置が一致していない箇所において、坏土の移動が阻害されており、成形品品質の評価において、不可という結果となった。また、比較例２の口金を用いて押出成形を行った場合には、境界壁を形成するための坏土の供給が追い付かず、境界壁及びその近傍においても成形不良が著しく確認された。

比較例２の口金は、成形品品質の評価は良好なものであったが、第二口金の変形の有無の評価において、第二口金の変形が確認された。第二口金の変形が顕著になると、成形品品質への影響が生じることがある。また、第二口金の変形が生じ易いものであると、口金の交換等に伴い、製品の製造コストが増大することが懸念される。

本発明のハニカム構造体成形用口金は、中央部と外周部とのセル構造が異なるハニカム成形体の製造に利用することができる。

１０：第一口金、１１：第一スリット、１２：第一坏土導入孔、１３：第一口金基材、１４：当接面（第一口金の当接面）、１５：中央部、１６：凸部、１７：外周部、１８：坏土排出面（第一口金の坏土排出面）、１９：坏土導入面、２０：第二口金、２１：第二スリット、２２：第二坏土導入孔、２３：第二口金基材、２４：当接面（第二口金の当接面）、２５：中央部、２６：空隙部、２７：外周部、２８：坏土排出面（第二口金の坏土排出面）、３１：溝部、３２：溝部が形成されている範囲、３５：隙間部（境界壁成形用の隙間部）、１００，３００：ハニカム構造体成形用口金（口金）、２０１：隔壁、２０２：セル、２０２ａ：セル（中央セル構造のセル）、２０２ｂ：セル（外周セル構造のセル）、２０３：外周壁、２０４：ハニカム構造部、２０８：境界壁、２１１：流入端面、２１２：流出端面、２１５：中央セル構造、２１６：外周セル構造、２００：ハニカム構造体、Ｘ：押出方向。

Claims (12)

1. 成形原料としての坏土の押出方向の上流側に配置され、坏土排出面側の中央部が前記押出方向の下流側に向かって突出した凸部を有する第一口金と、
   前記第一口金の下流側に配置され、前記凸部と相補的な形状を呈する環状の第二口金と、を備え、
   前記第一口金の前記中央部には、第一坏土導入孔と、当該第一坏土導入孔に連通した格子状の第一スリットとが形成され、
   前記第一口金の前記中央部を取り囲む外周部には、当該第一口金の前記外周部を貫通するように前記第一坏土導入孔が形成され、
   環状の前記第二口金には、前記第一口金の前記外周部に形成された前記第一坏土導入孔から排出された前記坏土が導入される第二坏土導入孔と、当該第二坏土導入孔に連通した格子状の第二スリットとが形成され、
   前記第一口金の前記外周部の前記第一坏土導入孔の開口位置と、前記第二口金の前記第二坏土導入孔の開口位置とが、少なくとも一部において一致しておらず、且つ、
   前記第一口金の凸部の外周面と環状の前記第二口金の内周面との間に、前記坏土を環状に押出成形するための隙間部を有し、
   前記第一口金と前記第二口金の当接面に、前記第一坏土導入孔と前記第二坏土導入孔との相互間で前記坏土の移動が行われる溝部を有する、ハニカム構造体成形用口金。
2. 前記第一スリットの形状と、前記第二スリットの形状とが異なるものである、請求項１に記載のハニカム構造体成形用口金。
3. 前記溝部が、前記第二口金に形成されている、請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用口金。
4. 前記溝部の幅が、０．１〜１．５ｍｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
5. 前記溝部の溝の深さが、０．１〜５．０ｍｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
6. 前記第二口金の前記当接面における前記溝部が形成されている範囲の面積に対する、当該範囲における前記溝部及び前記第二坏土導入孔の開口部分の合計面積の比率が、４０〜９０％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
7. 押出成形するハニカム成形体の端面の面積に対する、前記第一口金の前記中央部の面積の割合が、３０〜７０％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
8. 前記第一スリットのうちの一つのセルを取り囲むスリットと、前記第二スリットのうちの一つのセルを取り囲むスリットとが、互いに交差する方向に延びるものである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
9. 前記第一スリットによって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向と、前記第二スリットによって押出されるハニカム成形体のセル構造の配列方向とが、互いに交差する方向に延びるものである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
10. 前記第一口金は、前記中央部と前記外周部とで、前記第一坏土導入孔の開口径、及びそれぞれの前記第一坏土導入孔の相互間の間隔が同一である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
11. ２つ以上の前記第二口金を有し、前記第二口金を交換することにより、前記溝部の溝の深さを変更可能に構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。
12. ２つ以上の前記第一口金を有し、前記第一口金を交換することにより、前記溝部の溝の深さを変更可能に構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のハニカム構造体成形用口金。

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