JP2018535854A - ハニカム体のための押出ダイ - Google Patents

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Abstract

ハニカム体のための押出ダイ（１００）であって、該ダイ（１００）は、入力面（１０２）、対向する出力面（１０４）、入力面（１０２）から出力面（１０４）の方へと延在する供給孔（１０８）、スロット幅（ＳＷ）及びスロット長（ＳＬ）を有し、出力面（１０４）から入力面（１０２）の方へと延在する、排出スロット（１０６）、並びに、供給孔（１０８）と排出スロット（１０６）とを流体接続するプレナム（１３０）を含む。プレナム（１３０）は、供給孔（１０８）に接続されており、かつ、排出スロット（１０６）に接続されているテーパ状出口（１３４）を備えた、チャンバ（１３２）を含みうる。プレナム（１３３）は、供給孔（１０８）に接続されており、かつ、第１のテーパ状出口（１３４Ａ）を含む、第１のチャンバ（１３２Ａ）と、第１の出口に接続されており、かつ、排出スロット（１０６）に接続された第２のテーパ状出口（１３４Ｂ）を備えた、第２のチャンバ（１３２Ｂ）とを含みうる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１５年１１月２０日出願の米国仮特許出願第６２／２５８，１３７号の優先権の利益を主張する。
本開示の態様は、押出ダイ及びその使用方法に関する。
内燃機関からの排ガスは、一般的には、高度の内部表面積を有するハニカム体上の触媒を使用して処理される。これらのハニカム体は、典型的には押出成形を介して製造される。
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、本開示のさまざまな実施形態を提示しており、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する。図面は、本開示のさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、本開示の原理及び動作を説明する役割を担う。
本開示の例示的な実施形態は、例えばハニカム押出ダイなどの押出ダイ、及びその使用方法を提供する。本発明のさらなる特徴は、以下の説明に記載され、一部には、その説明から明らかとなり、あるいは、本発明の実践によって知得することができよう。
さまざまな実施形態によれば、入力面と、対向する出力面とを有する押出ダイが提供され、該押出ダイは、入力面を形成し、かつ、該入力面から出力面の方へと延在する供給孔を含む、供給孔プレート；供給孔プレートから延在し、かつ、出力面の少なくとも一部を形成する、略平行なピンのアレイ；隣接するピンの対向する第１の表面によって少なくとも部分的に画成された排出スロットであって、スロット幅（ＳＷ）及びスロット長（ＳＬ）を有し、かつ、出力面から入力面の方へと延在する、排出スロット；及び、供給孔と排出スロットとを流体接続する、相互接続されたチャンバであって、隣接するピンの対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成され、チャンバ幅（ＣＷ）及びチャンバ長（ＣＬ）を有する、チャンバを備えている。ＣＷ／ＳＷ比は、約３〜約５の範囲であり、スロット幅ＳＷは、約０．０５６ｍｍ以下である。
さまざまな実施形態によれば、入力面と、対向する出力面とを有する押出ダイが提供され、該押出ダイは、入力面を形成し、かつ、該入力面から出力面の方へと延在する供給孔を含む、供給孔プレート；供給孔プレートから延在し、かつ、出力面の少なくとも一部を形成する、略平行なピンのアレイ；隣接するピンの対向する第１の表面によって少なくとも部分的に画成された排出スロットであって、スロット幅（ＳＷ）及びスロット長（ＳＬ）を有し、かつ、出力面から入力面の方へと延在する、排出スロット；及び、供給孔と排出スロットとを流体接続するプレナムを備えている。プレナムは、隣接するピンの対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成される第１のチャンバであって、供給孔から延在し、第１のチャンバ幅（ＣＷ１）及び第１のチャンバ長（ＣＬ１）を有する、第１のチャンバ；及び、隣接するピンの対向する第３の表面によって少なくとも部分的に画成された第２のチャンバであって、第１のチャンバから排出スロットへと延在し、第２のチャンバ幅（ＣＷ２）及び第２のチャンバ長（ＣＬ２）を有する、第２のチャンバを備えている。第１のチャンバ幅ＣＷ１は、第２のチャンバ幅ＣＷ２より大きい。
前述の概要及び後述する詳細な説明はいずれも例示的及び説明的であって、特許請求される本発明のさらなる説明を提供することが意図されていることが理解されるべきである。
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を示しており、その説明とともに、本発明の原理を説明する役割を担う。図面において、層及び領域の大きさ及び相対的な大きさは、明確にするために誇張される場合がある。図面における同様の参照番号は、同様の要素を意味する。
本開示のさまざまな実施形態に従う押出ダイの斜視図 図１Ａのダイの入力面の断面図 本開示のさまざまな実施形態に従う、押出ダイの一部の斜視図 図２Ａのダイ部分の断面図 図２Ａ及び２Ｂのピンの一部の側面図 本開示のさまざまな実施形態に従う図２Ｃのピンの修正バージョンの側面図 本開示のさまざまな実施形態に従う押出ダイの一部の断面図
本明細書で述べるように、本開示のさまざまな態様は、例示的な実施形態、及び／又は、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面に関して記載される。しかしながら、この開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、図面に示される又は本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。さまざまな開示される実施形態は、その特定の実施形態に関連して記載される特定の特徴、要素、又は工程を包含しうることが認識されよう。特定の特徴、要素、又は工程は、１つの特定の実施形態に関して記載されているが、さまざまな図示されていない組合せ又は順列での代替的な実施形態と交換又は組み合わせることができることもまた認識されよう。
要素又は層が、別の要素又は層の「上」に配置される、若しくは、別の要素又は層に「接続」されると称される場合には、他方の要素又は層に直接配置、若しくは、直接接続されてもよく、あるいは、介在する要素又は層が存在してもよいこともまた理解されよう。対照的に、要素が別の要素又は層の「上に直接」配置、若しくは、別の要素又は層に「直接接続」されると称される場合には、介在する要素又は層は存在しない。本開示の目的では、「Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの少なくとも１つ」は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、又は項目Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの２つ以上の任意の組合せ（例えば、ＸＹＺ、ＸＹＹ、ＹＺ、ＺＺ）と解釈することができることが理解されよう。
本明細書で用いられる場合、名詞は、「少なくとも１つ」の対象を指し、そうではないことが明確に示されていない限り、「１つのみ」の対象に限定されるべきではないこともまた理解されよう。よって、例えば、「スロット」についての言及は、文脈上他に明白に示されていない限り、２つ以上のスロットを有する例を含む。
本明細書では、範囲には、範囲の所与の端点、及びその端点間のすべての値が含まれる。範囲の各々の端点は、他方の端点との関係においても、他方の端点とは独立しても、重要であることがさらに理解されよう。測定値が「約」特定の値又は値の特定の範囲であると記載される場合、その測定値は、加工公差、誤差の一般的な測定マージン、及び／又はそれらの等価物を包含することが意図されている。
明示的に記載されない限り、本明細書に記載される任意の方法は、その工程が特定の順序で行われることを必要とすると解釈されることは、決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を明示的に列挙していない場合、又は工程が特定の順序に限定されることが特許請求の範囲又は明細書に特に記載されていない場合には、特定の順序が推定されることは決して意図されていない。
特定の実施形態のさまざまな特徴、要素、又は工程が、移行句「含む」を使用して開示されることがあるが、移行句「からなる」又は「から実質的になる」を使用して記載されうるものを含む代替的な実施形態が含意されることが理解されるべきである。よって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む構造に含意される代替的な実施形態は、構造がＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態と、構造がＡ＋Ｂ＋Ｃから実質的になる実施形態を含む。本明細書では、要素又は特徴が別の要素又は特徴に「流体接続」されている場合、１つの要素又は特徴内の流体は、他の要素又は特徴内へと流れうる。
ハニカム基材は、自動車用触媒コンバータなどのさまざまな用途のために製造されている。しかしながら、自動車の排出規制は、ますます厳しくなってきており、コールドスタート特性などの改善された特性を有する触媒コンバータの必要性が強調されている。コールドスタート特性を改善するための１つの方法は、ハニカム基材のウェブ厚（例えば、セル壁厚）を低減することである。ウェブを薄くすることで、このようなハニカム基材を含む触媒コンバータのコールドスタート特性を改善することができる、熱質量の減少及び熱交換面積の増大がもたらされる。
ハニカム基材を形成するための押出ダイプロセスは、ハニカムウェブ厚が減少すると、プロセスの制約を被りうる。例えば、約０．０４５ｍｍ（１．８ミル）未満、又は約０．０３８ｍｍ（１．５ミル）未満など、約０．０５６ミリメートル（ｍｍ）（２．２ミル）未満のウェブ厚の生成には、対応するサイズの押出スロットを有するダイが必要とされうる。しかしながら、約０．０５ｍｍ（２．０ミル）未満の押出スロットを有するダイを使用する押出プロセスは、過度に高い押出圧力（例えば、２５００ｐｓｉ（約１７．２４ＭＰａ）超）を必要とする可能性があり、及び／又は、望ましくない低い押出速度を示す可能性がある。
０．０５ｍｍ未満の超薄型のウェブ基材及び押出物（９００／１．５）に関しては、ピンの長さを短くすると、押出圧力の上昇を緩和するのに役立てることができる。０．０５ｍｍ（２．０ミル）〜０．０７５ｍｍ（３．０ミル）のスロットを有するダイの場合には、この短縮されたピンの長さは、ウェブの膨らみが許容される（２０％）基材を生成するように設計されうる。ウェブの膨らみとは、例えば、ダイスロット幅よりも厚いウェブ壁を結果的に生じる、ダイスロットを出たときの押出成形物の膨張を指す。しかしながら、スロット幅が０．０５ｍｍより小さくなると、圧力を管理するためにピン長さを短縮することにより、０．０３８ｍｍのウェブを製造するために約０．０２５ｍｍのオーダーの実際のスロットを必要とする、許容できないウェブの膨らみを生じる。その結果、押出プロセスに大きな圧力及び塞栓の問題が生じる。さらには、このような押出プロセスは、押出ダイがプロセスに与える圧力に起因して、約２５．４ｍｍ／秒を下回る押出速度を有しうる。
本開示の例示的な実施形態に従うダイは、スロット長を管理し、かつ、より狭いスロットの圧力負担を軽減するがウェブの膨らみの低減に必要とされる長さと幅を保つ、新しい階段状のスロット設計を導入することによって、ウェブの膨らみを大幅に低減する。本発明にかかる例示的な実施形態はまた、例えば、上流の流れの乱れに対する感度が低いなど、低いバッチ流れ感度も提供する。
本開示の例示的な実施形態は、例えば、超薄型のウェブハニカム基材のための押出ダイなど、押出ダイに関する。さまざまな実施形態によれば、押出ダイは、供給孔プレートの入力面から供給孔プレートの対向する出力面へと供給孔プレートを通って延在する供給孔を備えた供給孔プレート；及び、供給孔プレートの出力面上に配置されたピンを含むピンアセンブリを含みうる。
押出ダイの例示的な実施形態は、図面に示される例示的な実施形態を参照することによって、さらに容易に認識されよう。
図１Ａは、本開示のさまざまな実施形態に従うハニカム押出ダイ１００の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａのダイ１００の入力面の平面図である。
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、押出ダイ１００は、入力面１０２と、対向する出力面１０４とを含む。出力面１０４は、そこを通じてバッチ材料をダイ１００から押出成形することができる、排出スロット１０６のマトリクスを含む。排出スロット１０６は、以下に詳細に論じられるように、ダイ１００のピン間に形成されうる。バッチ材料は、例えば、ハニカム体の形成に用いられるセラミック材料でありうる。しかしながら、本開示は、特定のタイプのバッチ材料に限定されない。ダイ１００はまた、出力面１０４の少なくとも一部を覆うように構成されたマスク１０９も含みうる。特に、マスク１０９は、押出成形された生成物の全体的な形状を制御するように構成されうる。円形のマスク１０９が示されているが、本開示は、特定のマスクの幾何学形状に限定されない。マスク１０９は、バッチをウェブのマトリクスの周囲の外皮へと形成することができる。外皮バッチは、出力面１０４の上流の表面においてダイから出ることができる。
入力面１０２は、そこを通じてバッチ材料をダイ１００内へと供給する１つ以上の供給孔１０８を備えている。供給孔１０８は、例えばマトリクスなど、いかなる方法で配置されてもよい。供給孔１０８は、チャンバと交差して、バッチを排出スロット１０６へと供給しうる。供給孔１０８は、排出スロット１０６及び／又は排出スロット１０６の交点に面していてよい。さまざまな実施形態では、供給孔１０８は、適切な幾何学形状を有していてよく、例えば丸みを帯びていても丸みを帯びていなくてもよい。さまざまな実施形態では、例えば略正方形の供給孔１０８、丸みを帯びた隅部を有する略正方形の供給孔１０８、丸みを帯びた隅部を有する多角形の供給孔１０８等、丸みを帯びていない供給孔１０８が選択されうる。しかしながら、本開示は、供給孔１０８の特定の配置又は幾何学形状に限定されない。
押出ダイ１００は、金属のブロックを、ワイヤ放電加工（ＷＥＤＭ）、プランジＥＤＭ、パルス電解加工（ｐＥＣＭ）、ＥＣＭ、又は砥石車切断（ＡＷＳ）を使用して切断することによって製造することができる。しかしながら、本開示は、特定の製造方法に限定されない。
図２Ａは、本開示のさまざまな実施形態に従う図１のダイ１００の一部の斜視図を示している。図２Ｂは、図２Ａのダイ部分の断面図を示している。
図２Ａ及び２Ｂを参照すると、ダイ１００は、供給プレート１１０と、供給プレート１１０から延在するピン１２０とを備えている。供給プレート１１０及びピン１２０は、単一基材から一体的に形成されうる。例えば、ダイ１００は、基材をワイヤ放電加工（ＷＥＤＭ）、プランジＥＤＭ、又は砥石車切断（ＡＷＳ）し、それによって、供給プレート１１０上にピン１２０を形成することによって形成されうる。あるいは、ピン１２０は、別個に形成されて、供給プレート１１０に結合されてもよい。例えば、ピン１２０は、供給プレート１１０に、ろう付け、溶接（例えば電気溶接）、又は接着剤を用いて接着されうる。ひとたび切断されると、ダイ１００は、耐摩耗性材料でコーティングされうる。
供給プレート１１０は供給孔１０８を備えており、ダイ１００の入力面１０２を形成する。供給プレート１１０及び／又はピン１２０は、ダイ１００を通じたバッチ材料の押出成型の間の湾曲（bowing）及び／又はクラウニングに抵抗するのに十分に強い材料から形成されうる。供給孔１０８は、例えば、穿孔又は直接金属レーザー焼結によって供給孔プレート１１０に形成されうる。供給孔１０８は、供給孔プレート１１０を通ってピン１２０内へと延在しうる。ピン１２０は、供給孔プレート１１０上に配置されたテイル１２２と、排出スロット１０６を画成するヘッド１２４とを含む。例えば、供給孔１０８は、各々、１つ以上のテイル１２２内へと少なくとも部分的に延在しうる。供給孔１０８は、直線、略直線、又は、例えばさまざまに湾曲又は屈曲したワーム状でありうる。供給孔１０８は、横断面において、矩形、三角形、多角形、円形などでありうる。
本明細書では、押出ダイの要素の「長さ」は、入力面１０２から出力面１０４へとダイを通って供給されるバッチ材料の流れ方向Ａに沿って取られる。加えて、このような要素の「幅」は、流れ方向Ａと略直交する方向に取られ、該要素は、その長さ及び幅の両方に対して直交する方向に延在してよく、例えば、ある幅及び長さを有するスロット１０６は、出力面１０４に沿って延在しうる。本明細書におけるすべての寸法は、最終的な寸法である（例えば、コーティングが施される場合には、コーティング後の寸法）。加えて、所与の寸法は、ダイ全体を通して略同一であってよく、例えば、寸法は、一般的な製造公差内で変化しうる。例えば、ダイのスロットはすべて、加工代の誤差内の略同一のスロット幅を有しうる。しかしながら、幾つかの実施形態では、所与の寸法は、ダイの異なる部分で変化してよく、例えば、所与の範囲内で変化しうる。例えば、ダイの縁部のスロットは、ダイの中央のスロットとは異なる幅を有してよく、あるいは、スロット幅は、ダイの面全体にわたって徐々に変化してもよい。
さまざまな実施形態によれば、供給孔１０８は、約１．００〜約１．１５ｍｍなど、約０．９５〜約１．２０ｍｍの範囲の直径ＦＤを有しうる。供給孔１０８は、約２１〜約２３ｍｍなど、約２０〜約２５ｍｍの範囲の長さを有しうる。しかしながら、本開示は、特定の供給孔寸法に限定されない。
ダイ１００は、任意選択的に、供給孔１０８よりも多くのピン１２０を含みうる。例えば、幾つかの実施形態によれば、ダイ１００は、供給孔１０８の１〜２倍多くのピン１２０を含みうる。幾つかの実施形態では、ダイ１００は、１：１又は２：１のピン１２０の供給孔１０８に対する比を含みうる。ピン１２０は、耐摩耗性を提供しうる、例えばハードコーティングなど、任意選択的にコーティングされうる。非限定的な例として、ピンは、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、硬質クロム、又は超高分子量（ＵＨＭＷ）プラスチック材料でコーティングされうる。
ピン１２０は、各々、テイル１２２、ヘッド１２４、及び、テイル１２２とヘッド１２４との間に配置されたネック１２６を含みうる。ヘッド１２４は、テイル１２２より幅広くなっていてよく、ネック１２６は、該ネック１２６の幅がテイル１２２の幅からヘッド１２４の幅へと増大するように、テーパ状になっていてよい。
ヘッド１２４は、概して矩形の横断面を有しうる。しかしながら、本開示は、特定のヘッドの幾何学形状に限定されない。例えば、ヘッド１２４は、横断面において、所望の押出成形された生成物のセルの幾何学形状に応じて、三角形、六角形、多角形、円形、卵形などでありうる。
ヘッド１２４は、ダイ１００の出力面を形成しうる。ヘッド１２４は、ダイ１００の出力面１０４の少なくともマトリクス部分を形成することができ、より短いピン及び／又は供給孔出口は、例えばマスク１０９の下に配置されたダイ１００の外皮形成領域において、出力面を形成しうる。ヘッド１２４は、例えば約０．７５ｍｍ〜約１．２５ｍｍなど、約０．５０ｍｍ〜約１．４０ｍｍの範囲のヘッド幅ＨＷを有しうる。幾つかの実施形態によれば、ヘッド幅ＨＷは、約０．９０ｍｍ又は約１．００ｍｍでありうる。しかしながら、幅ＨＷは、押出成形されるバッチ材料の特性又は押出成形体の企図される構造に従って調整することができるため、本開示は、特定のヘッド幅ＨＷに限定されない。ヘッド幅ＨＷは、押出成形された生成物の所望のセル密度に従って決定されうる。例えば、ダイ１００は、１つのダイ１００上にさまざまな幅及び形状のヘッド１２４を有するピン１２０を含みうる。例えば、ダイは、ハニカム体の大小のチャネルを押出成形するために大小の交互のヘッド１２４を有していてもよい。例えば、ダイは、ハニカム体の正方形と八角形のチャネルを押出成形するために、正方形と八角形の交互のヘッド１２４を有していてもよい。下記表１は、ヘッド幅ＨＷと押出成形された生成物の対応するセル密度についての例示的な値を含む。
Figure 2018535854
ピン１２０の対向する第１の表面１０７は、排出スロット１０６を少なくとも部分的に画成しうる。例えば、ヘッド１２４の側壁は、排出スロット１０６を少なくとも部分的に画成しうる。排出スロット１０６は、スロット長ＳＬ及びスロット幅ＳＷを有しうる。スロット長ＳＬは、約０．５１ｍｍ〜約１．０ｍｍなど、約０．２５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲でありうる。スロット長ＳＬが約２ｍｍより大きい場合には、押出圧力は、不必要に増加しうる。スロット長ＳＬが約０．２５ｍｍ未満の場合には、排出スロットの閉塞、過度の圧力損失、及び／又は過度のウェブの膨らみが生じうる。
排出スロット１０６のスロット幅ＳＷは、押出成形された生成物の所望の壁厚に従って設定されうる。スロット幅ＳＷは、約０．０５１ｍｍ未満でありうる。例えば、スロット幅ＳＷは、約０．０４５ｍｍ〜約０．０５５ｍｍなど、約０．０５１ｍｍから約０．０２５ｍｍ、０．０３８ｍｍから約０．０６４ｍｍの範囲でありうる。しかしながら、スロット幅ＳＷは、押出成形された生成物の所望のセル壁厚に従って決定されうる。
排出スロット１０６は、約１５〜約３０の範囲のＳＬ／ＳＷ比を有しうる。したがって、排出スロット１０６は、通常の排出スロットと比較して、相対的に高いアスペクト比を有しうる。
ピン１２０は、プレナム１３０を少なくとも部分的に画成しうる。プレナム１３０は、供給孔１８０と排出スロット１０６とを流体連結しうる。特に、供給孔１０８は、プレナム１３０内へと延在していてもよい／プレナム１３０と長さ方向で重なり合っていてもよい（例えば、供給孔１０８は、少なくとも幾つかのピン１２０間及び／又は内へと延在していてもよい／重なり合っていてもよい）。例えば、供給孔の重なり合う長さＯＬは、約１．０〜約０．５ｍｍの範囲でありうる。しかしながら、幾つかの実施形態では、供給孔１０８は、プレナム１３０内へと延在しなくてもよい。
プレナム１３０は、相互接続されたチャンバ１３２を含みうる。隣接するピン１２０の対向する第２の表面１３１は、チャンバ１３２を少なくとも部分的に画成しうる。例えば、隣接するテイル１２２の対向する表面は、チャンバ１３２を少なくとも部分的に画成しうる。チャンバ１３２は、隣接するピンネック１２６の対向する表面によって少なくとも部分的に画成されたテーパ状出口１３４を含みうる。出口１３４は、チャンバ１３２を対応する排出スロット１０６に流体接続するように構成されうる。幾つかの実施形態によれば、チャンバ１３２は、テーパ状又は丸みを帯びた端部を有する円柱の形態でありうる。しかしながら、本開示は、特定のチャンバ形状に限定されない。例えば、チャンバ１３２は、テーパ状又は丸みを帯びた端部及び／又は実質的に平坦な端部を有する多角柱の形態でありうる。チャンバ１３２は、略同一の大きさ及び形状でありうる。そのようなものとして、プレナム１３０は、「単段プレナム」と称されうる。
チャンバ１３２は、チャンバ長ＣＬ及びチャンバ幅ＣＷを有しうる。本明細書では、チャンバ長ＣＬは、チャンバ１３２とその出口１３４の両方の長さを含み、チャンバ幅ＣＷは、チャンバ１３２の最大幅に相当しうる。
チャンバ長ＣＬは、約１．７ｍｍ〜約２．０ｍｍなど、約１．６ｍｍ〜約２．１ｍｍの範囲でありうる。チャンバ幅ＣＷは、約０．１０ｍｍ〜約０．４０ｍｍの範囲でありうる。ＣＬ／ＣＷ比は、約１０〜約２０の範囲でありうる。ＣＷ／ＳＷ比は、約３〜約５など、約２〜約６の範囲でありうる。
さまざまな実施形態によれば、ダイ１００の寸法の幾つかは、ダイ１００から押出成形されるバッチ材料の特性とは独立して設定されうる。例えば、ＣＷ／ＳＷ比は、バッチ材料特性とは独立して設定されうる。
ダイ１００の幾つかの寸法は、バッチ材料の降伏応力、コンシステンシー指数、フローインデックス、壁抵抗係数、及び／又は壁抵抗べき乗則指数など、バッチ材料特性に応じて設定されうる。例えば、ダイ１００の寸法は、バッチ材料が、約８〜約１８（ｐｓｉ．（ｓｑ．／ｉｎ）ｍ）の範囲の高〜中程度の壁抵抗係数を有するか、あるいは、約１〜約８（ｐｓｉ．（ｓｑ．／ｉｎ）ｍ）の範囲の中程度〜低い壁抵抗係数を有するかどうかによって決定されうる。
高〜中程度の壁抵抗係数のバッチ材料については、ダイ１００は、約１５〜約２０の範囲のＳＬ／ＳＷ比、及び約１０〜約１５の範囲のＣＬ／ＣＷ比を有しうる。中程度〜低い壁抵抗係数のバッチ組成物については、ダイ１００は、約２０〜約３０の範囲のＳＬ／ＳＷ比、及び約１５〜約２０の範囲のＣＬ／ＣＷ比を有しうる。
上記のように、いずれかのバッチ組成物についてのＣＷ／ＳＷ比は、約３〜約５の範囲でありうる。チャンバ１３２及び／又は出口スロット１０６の比較的高いアスペクト比によって、圧力損失、ウェブの膨らみ、及びダイ感度が低減されうる。
テーパ状出口１３４は、隣接するピン１２０のネック１２６によって少なくとも部分的に画成されうる。そのようなものとして、隣接するピン１２０のネック１２６は、出口１３４の最小幅が対応するスロット１０６のスロット幅ＳＷと略同一であり、かつ、出口１３４の最大幅が対応するチャンバ１３２のチャンバ幅ＣＷと略同一になるように、対応する出口１３４の幅を縮小するように構成されうる。
特に、ネック１２６の一又は複数の外面は、湾曲していてもよい。しかしながら、幾つかの実施形態によれば、一又は複数の外面は、例えば、略平面など、実質的に平坦であってもよく、あるいは、平坦と湾曲の組合せであってもよい。例えば、図２Ｃに示されるように、ネック１２６の外面は、テイル１２４の隣接する表面に対して平行な（例えば、ピン１２０Ａ又は隣接するチャンバの長手方向軸に対して平行な）第１の線Ｌ１と、ネック１２６の対応する表面の対向する端部を接続する第２の線Ｌ２（例えば、割線）との間に形成される出口角度αが、約２５°〜約４０°、又は約２７°〜約３３°など、約２０°〜約４５°の範囲になるように、テイル１２４の隣接する表面に対して傾斜していてもよい。
図２Ｄは、本開示のさまざまな実施形態に従う修正されたピン１２０’の一部の側面図を示している。ピン１２０’は、ピン１２０と類似しており、よって、その相違点のみを詳細に論じる。
図２Ｄを参照すると、ピン１２０’は、ネック１２６の湾曲した外面と比較して、実質的に平坦な外面を有するネック１２６’を含む。ネック１２６’の外面は、テイル１２４の隣接する表面に対して平行な（例えば、ピン１２０’又は隣接するチャンバの長手方向軸に対して平行な）第１の線と、ネック１２６’の外面に対して平行な第２の線Ｌ２との間に形成される、出口角度αを形成する。本明細書において、「実質的に平坦」とは、概ね平面である、又は平面的であるという一般的な加工公差内にある、表面のことを指す。本明細書において、表面に関して用いられる「湾曲」とは、０より大きい曲率半径を有する表面のことを指す。
図３は、本開示のさまざまな実施形態に従う押出ダイ３００の一部の断面図である。ダイ３００はダイ１００と類似しており、よって、その相違点のみを詳細に説明する。例えば、特に明記しない限り、図３における要素及び寸法は、図２Ａ及び２Ｂにおける同様の要素及び寸法と同一でありうる。
図３を参照すると、ダイ１００とは対照的に、ダイ３００は、第１のテイル１２２Ａ、第２のテイル１２２Ｂ、テーパ状の第１のネック１２６Ａ、テーパ状の第２のネック１２６Ｂ、及びヘッド１２４を備えたピン１２０Ａを含む。第１のネック１２６Ａは、第１のテイル１２２Ａと第２のテイル１２２Ｂとの間に配置される。第２のネック１２６Ｂは、第２のテイル１２２Ｂとヘッド１２４との間に配置される。ヘッド１２４は、第２のテイル１２２Ｂよりも幅広くなっていてよく、第２のテイル１２２Ｂは、第１のテイル１２２Ａよりも幅広くなっていてよい。
したがって、ダイ３００は、隣接するピン１２０Ａのそれぞれ対向する第２及び第３の表面によって少なくとも部分的に画成された第１のチャンバ１３２Ａ及び第２のチャンバ１３２Ｂを有する、プレナム１３３を含みうる。例えば、第１のチャンバ１３２Ａは、隣接する第１のテイル１２２Ａ及び第１のネック１２６Ａの対向する表面を含む対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成されてよく、第２のチャンバ１３２Ｂは、隣接する第２のテイル１２２Ｂ及び第２のネック１２６Ｂの対向する表面を含む対向する第３の表面によって少なくとも部分的に画成されうる。第１のチャンバ１３２Ａは、供給孔１０８と第２のチャンバ１３２Ｂとを流体連結しうる（例えば、第１のチャンバ１３２Ａは、供給孔１０８から第２のチャンバ１３２Ｂへと延在しうる）。例えば、第１のチャンバ１３２Ａは、第２のチャンバ１３２Ｂに接続されたテーパ状の第１の出口１３４Ａを含みうる。
第２のチャンバ１３２Ｂは、第１のチャンバ１３２Ａと排出スロット１０６とを流体連結しうる（例えば、第２のチャンバ１３２Ｂは、第１のチャンバ１３２Ａから排出スロット１０６へと延在しうる）。例えば、第２のチャンバ１３２Ｂは、押出スロット１０６に接続されたテーパ状の第２の出口１３４Ｂを含みうる。
第１のチャンバ１３２Ａは、第１のチャンバ幅（ＣＷ１）及び第１のチャンバ長（ＣＬ１）を有しうる。第２のチャンバ１３２Ｂは、第２のチャンバ幅（ＣＷ２）及び第２のチャンバ長（ＣＬ２）を有しうる。さまざまな実施形態によれば、第１のチャンバ長ＣＬ１は、約１．０ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲でありうる。第１のチャンバ幅ＣＷ１は、約０．１５ｍｍ〜約０．２５ｍｍの範囲でありうる。
第２のチャンバ長ＣＬ２は、約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲でありうる。第２のチャンバ幅ＣＷ２は、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍの範囲でありうる。しかしながら、本開示は、任意の特定のチャンバ長又は幅に限定されない。チャンバ１３２Ａは、略同一の大きさ及び形状を有していてよく、チャンバ１３２Ｂは、略同一の大きさ及び形状を有していてよい。そのようなものとして、プレナム１３０Ａは、「二段プレナム」と称されうる。
さまざまな実施形態によれば、第１のチャンバ長ＣＬ１は、第２のチャンバ長ＣＬ２と同等又はそれより大きくてよい。第１のチャンバ幅ＣＷ１は、第２のチャンバ幅ＣＷ２よりも大きくてよい。
ＣＷ１／ＣＷ２比は、約１．２〜約１．５の範囲でありうる。ＣＷ２／ＳＷ比は、約３〜約５の範囲でありうる。ＣＷ１／ＣＷ２及びＣＷ２／ＳＷの比は、バッチ組成物の特性とは無関係でありうる。
ダイ３００の幾つかの寸法は、バッチ組成物の降伏応力、コンシステンシー指数、フローインデックス、壁抵抗係数、及び／又は、壁抵抗べき乗則指数など、バッチ組成物の特性に従って設定されうる。例えば、ダイ３００の寸法は、バッチ組成物が、約８〜約１８（ｐｓｉ．（ｓｑ．／ｉｎ）ｍ）の範囲の高〜中程度の壁抵抗係数を有するか、あるいは、約１〜約８（ｐｓｉ．（ｓｑ．／ｉｎ）ｍ）の範囲の中程度〜低い壁抵抗係数を有するかどうかによって決定されうる。
高〜中程度の壁抵抗係数のバッチ組成物については、ダイ３００は、約１５〜約２０の範囲のＳＬ／ＳＷ比を有しうる。ＣＬ１／ＣＷ１比は、約６〜約８の範囲であってよく、ＣＬ２／ＣＷ２比は、約２〜約４の範囲でありうる。
中程度〜低い壁抵抗係数のバッチ組成物については、ダイ３００は、約１５〜約２０の範囲のＳＬ／ＳＷ比を有しうる。ダイ３００はまた、約８〜約１０の範囲のＣＬ１／ＣＷ１比、及び約４〜約６の範囲のＣＬ２／ＣＷ２比も有しうる。上記のように、いずれかのバッチ組成物についてのＣＷ／ＳＷ比は、約３〜約５の範囲でありうる。チャンバ１３２Ａ、１３２Ｂの比較的高いアスペクト比によって、圧力損失、ウェブの膨らみ、及びダイ感度が低減されうる。
上で論じた単段及び二段のプレナムを有するダイを製造し、特性が下記表１に示される第１のバッチ材料（バッチ１）及び第２のバッチ材料（バッチ２）を押出成形することによって試験した。
Figure 2018535854
バッチ１及び２の材料を押出成形して、０．０５１ｍｍ未満のウェブ厚を有するハニカム基材を生成した結果が、下記表２に示されている。
Figure 2018535854
表２に見られるように、ダイはいずれも、毎秒１及び２インチ（約２．５４ｃｍ及び約５．０８ｃｍ）の押出速度について、２５００ｐｓｉ（約１７．２４ＭＰａ）を下回る圧力損失を示した。さらには、ダイはいずれも、２％未満のダイ感度及び最小のウェブの膨らみを示した。これらの結果は、本発明にかかるダイの構成が、低下した圧力損失、低いダイ感度、及び最小のウェブの膨らみを予想外に、もたらしたことを示している。
本開示の例示的な実施形態に従う、本明細書に記載される画期的なダイ設計は、１．０〜４．０インチ／秒（２５．４〜１０１．６ｍｍ／秒）の押出速度で２５００ｐｓｉ（約１７．２４ＭＰａ）未満の圧力損失を有する、０．０５１ｍｍ未満の超薄型のウェブハニカムの押出成形を可能にする。ウェブの膨らみは、バッチをプレスクイズする押出スロットよりも相対的にはるかに長い全長を有する、単段又は二段のプレナム段によって緩和される。
本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示に対してさまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。本開示の精神及び実質を組み込む本開示の実施形態の修正、組合せ、部分組合せ、及び変形が当業者に想起されうることから、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入るすべてを包含すると解釈されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
入力面と、対向する出力面とを有する押出ダイであって、該押出ダイが、
前記入力面を形成し、かつ、前記入力面から前記出力面の方へと延在する供給孔を含む、供給孔プレート；
前記供給孔プレートから延在し、かつ、前記出力面の少なくとも一部を形成する、略平行なピンのアレイ；
隣接するピンの対向する第１の表面によって少なくとも部分的に画成された排出スロットであって、スロット幅（ＳＷ）及びスロット長（ＳＬ）を有し、かつ、前記出力面から前記入力面の方へと延在する、排出スロット；及び
前記供給孔と前記排出スロットとを流体接続する、相互接続されたチャンバであって、隣接するピンの対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成され、かつ、チャンバ幅（ＣＷ）及びチャンバ長（ＣＬ）を有する、チャンバ
を備えており、
ＣＷ／ＳＷ比が約３〜約５の範囲であり、
前記スロット幅ＳＷが約０．０５６ｍｍ以下である、
押出ダイ。
実施形態２
ＳＬ／ＳＷ比が約１５〜約２０の範囲であることを特徴とする、実施形態１に記載の押出ダイ。
実施形態３
ＳＬ／ＳＷ比が約２０〜約３０の範囲であることを特徴とする、実施形態１又は２に記載の押出ダイ。
実施形態４
ＣＬ／ＣＷ比が約１０〜約１５の範囲であることを特徴とする、実施形態１〜３のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態５
ＣＬ／ＣＷ比が約１５〜約２０の範囲であることを特徴とする、実施形態１〜４のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態６
前記スロット幅ＳＷが、前記隣接するピンの対向する第１の表面間の最小距離であることを特徴とする、実施形態１〜５のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態７
前記スロット幅ＳＷが約０．０２５ｍｍ〜約０．０５１ｍｍの範囲であることを特徴とする、実施形態１〜６のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態８
前記チャンバが、前記排出スロットと流体連通して配置されたテーパ状出口を含み、かつ
前記出口が、対応するチャンバの長手方向軸に対して約２０°〜約４５°の範囲の出口角度を形成する
ことを特徴とする、実施形態１〜７のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態９
前記出口角度が約２５°〜約３５°の範囲であることを特徴とする、実施形態８に記載の押出ダイ。
実施形態１０
前記供給孔と前記チャンバとが、長手方向に重なり合うことを特徴とする、実施形態１〜９のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態１１
入力面と、対向する出力面とを有する押出ダイであって、該押出ダイが、
前記入力面を形成し、かつ、該入力面から前記出力面の方へと延在する供給孔を含む、供給孔プレート、
前記供給孔プレートから延在し、かつ、前記出力面の少なくとも一部を形成する、略平行なピンのアレイ、
隣接するピンの対向する第１の表面によって少なくとも部分的に画成された排出スロットであって、スロット幅（ＳＷ）及びスロット長（ＳＬ）を有し、かつ、前記出力面から前記入力面の方へと延在する、排出スロット、及び
前記供給孔と前記排出スロットとを流体接続するプレナム
を備えており、前記プレナムが、
隣接するピンの対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成された第１のチャンバであって、前記供給孔から延在し、第１のチャンバ幅（ＣＷ１）及び第１のチャンバ長（ＣＬ１）を有する、第１のチャンバ、及び
隣接するピンの対向する第３の表面によって少なくとも部分的に画成された第２のチャンバであって、前記第１のチャンバから前記排出スロットへと延在し、第２のチャンバ幅（ＣＷ２）及び第２のチャンバ長（ＣＬ２）を有する、第２のチャンバ
を備えており、
前記第１のチャンバ幅ＣＷ１が、前記第２のチャンバ幅ＣＷ２より大きい、
押出ダイ。
実施形態１２
ＳＬ／ＳＷ比が約１５〜約３０の範囲であることを特徴とする、実施形態１１に記載の押出ダイ。
実施形態１３
ＣＬ１／ＣＷ１比が約６〜約１０の範囲であることを特徴とする、実施形態１１又は１２に記載の押出ダイ。
実施形態１４
ＣＷ２／ＳＷ比が約３〜約５の範囲であることを特徴とする、実施形態１１〜１３のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態１５
ＣＷ１／ＣＷ２比が約１．２〜約１．５の範囲であることを特徴とする、実施形態１１〜１４のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態１６
ＣＬ２／ＣＷ２比が約２〜約６の範囲であることを特徴とする、実施形態１１〜１５のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態１７
前記スロット幅ＳＷが約０．０２５ｍｍ〜約０．０５６ｍｍの範囲であることを特徴とする、実施形態１１〜１６のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態１８
前記第１のチャンバが、前記第２のチャンバと流体連通してそれぞれ配置された第１のテーパ状出口を含み、
前記第２のチャンバが、前記排出スロットと流体連通してそれぞれ配置された第２のテーパ状出口を含み、かつ、
前記第１の出口及び前記第２の出口が、前記対応する第１及び第２のチャンバの長手方向軸に対して約２０°〜約４５°の範囲の出口角度を形成する
ことを特徴とする、実施形態１１〜１７のいずれかに記載の押出ダイ。
実施形態１９
前記出口角度が約２５°〜約３５°の範囲であることを特徴とする、実施形態１８に記載の押出ダイ。
実施形態２０
前記第１のチャンバ長ＣＬ１が、前記第２のチャンバ長ＣＬ２と同等又はそれより大きいことを特徴とする、実施形態１１〜１９のいずれかに記載の押出ダイ。
１００ 押出ダイ
１０２ 入力面
１０４ 出力面
１０６ 排出スロット
１０７ 第１の表面
１０８ 供給孔
１０９ マスク
１１０ 供給プレート
１２０ ピン
１２０’ 修正されたピン
１２０Ａ ピン
１２２ テイル
１２２Ａ 第１のテイル
１２２Ｂ 第２のテイル
１２４ ヘッド
１２６，１２６’ ネック
１２６Ａ テーパ状の第１のネック
１２６Ｂ テーパ状の第２のネック
１３０，１３０Ａ プレナム
１３１ 第２の表面
１３２ チャンバ
１３２Ａ 第１のチャンバ
１３２Ｂ 第２のチャンバ
１３３ プレナム
１３４ 出口
１３４Ａ テーパ状の第１の出口
１３４Ｂ テーパ状の第２の出口
３００ 押出ダイ

Claims (5)

  1. 入力面と、対向する出力面とを有する押出ダイであって、該押出ダイが、
    前記入力面を形成し、かつ、前記入力面から前記出力面の方へと延在する供給孔を含む、供給孔プレート；
    前記供給孔プレートから延在し、かつ、前記出力面の少なくとも一部を形成する、略平行なピンのアレイ；
    隣接するピンの対向する第１の表面によって少なくとも部分的に画成された排出スロットであって、スロット幅（ＳＷ）及びスロット長（ＳＬ）を有し、かつ、前記出力面から前記入力面の方へと延在する、排出スロット；及び
    前記供給孔と前記排出スロットとを流体接続する、相互接続されたチャンバであって、隣接するピンの対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成され、かつ、チャンバ幅（ＣＷ）及びチャンバ長（ＣＬ）を有する、チャンバ
    を備えており、
    ＣＷ／ＳＷ比が約３〜約５の範囲であり、
    前記スロット幅ＳＷが約０．０５６ｍｍ以下である、
    押出ダイ。
  2. ＣＬ／ＣＷ比が約１５〜約２０の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の押出ダイ。
  3. 前記チャンバが、前記排出スロットと流体連通して配置されたテーパ状出口を含み、かつ
    前記出口が、対応するチャンバの長手方向軸に対して約２０°〜約４５°の範囲の出口角度を形成する
    ことを特徴とする、請求項２に記載の押出ダイ。
  4. 前記相互接続されたチャンバが、
    隣接するピンの対向する第２の表面によって少なくとも部分的に画成された第１のチャンバであって、前記供給孔から延在し、第１のチャンバ幅（ＣＷ１）及び第１のチャンバ長（ＣＬ１）を有する、第１のチャンバ、及び
    隣接するピンの対向する第３の表面によって少なくとも部分的に画成された第２のチャンバであって、前記第１のチャンバから前記排出スロットへと延在し、第２のチャンバ幅（ＣＷ２）及び第２のチャンバ長（ＣＬ２）を有する、第２のチャンバ
    を備えており、
    前記第１のチャンバ幅ＣＷ１が、前記第２のチャンバ幅ＣＷ２より大きい
    ことを特徴とする、請求項１に記載の押出ダイ。
  5. ＣＷ２／ＳＷ比が約３〜約５の範囲であることを特徴とする、請求項４に記載の押出ダイ。
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