JP3080563B2 - ハニカム構造体押出用ダイスの製造方法 - Google Patents
ハニカム構造体押出用ダイスの製造方法Info
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- B23H2200/30—Specific machining processes or workpieces for making honeycomb structures
Description
押出成形するための押出用ダイスの製造方法に関するも
のであり,特に成形用溝に包囲されたセルの角隅部の横
断面を円弧形状に形成するのに,丸棒電極を使用した電
解加工によるハニカム構造体押出用ダイスの製造方法に
関するものである。
浄化用触媒担体や,微粒子浄化フィルタ,保温機等にセ
ラミック材料からなるハニカム構造体が使用されてい
る。このハニカム構造体は,コージェライト,アルミ
ナ,炭化ケイ素,窒化ケイ素,ムライト等のセラミック
材料によって構成されており,これらのセラミック材料
を押出ダイスによって押出成形することにより製造する
方法が最も一般的である。
スの一例を示す説明図であり,(a)はダイスの前面側
の平面図,(b)は(a)におけるA−A線断面図を示
す。図8において,1は成形溝であり,ハニカム構造体
の横断面形状と対応する横断面形状を有し,ダイス10
の前面側(図8(b)における左側)から後面側(図8
(b)における右側)に向かって所定の深さを有するよ
うに,例えば格子状に複数個が形成されている。2は原
料供給口であり,前記ダイス10の後面側から前面側に
向かって互いに独立して円筒状に形成され,前記成形溝
1の交差部において開口連結されるように複数個設けら
れている。なお,原料供給口2は,前記成形溝1の稜辺
部において開口連結されるように複数個設けられている
ものもある。3は係止用の段付部であり,ダイス10の
前面側に設けられる。なおこの段付部3を省略して,ダ
イスの前面外周部でダイスを支持するようにしたものも
ある。
状態を示す要部縦断面図であり,同一部分は前記図8と
同一の参照符号で示す。図10において,4はシリンダ
であり,セラミック材料からなる原料5を収容する。図
10に示すように,押出用のダイス10をクランプ6に
より段付部3を介してシリンダ4の下端に装着し,シリ
ンダ4の内部に収容した原料5にピストン若しくはスク
リュー(何れも図示せず)を介して圧力Pを印加する。
の原料供給口2に圧入され,更に原料供給口2と開口連
結された成形溝1に圧入される。この場合,1個の原料
供給口2は成形溝1の交差部に開口しているから,1個
の原料供給口2から圧入された原料5は複数個(図8お
よび図9に示すものにおいては4個)の成形溝1内に圧
入されると共に,成形溝1内において他の原料供給口2
から圧入された原料と一体になって流動し,ハニカム状
となって押出用のダイス10から押出され,ハニカム構
造体7が成形される。
図であり,格子状の隔壁8により,複数個の排気ガス通
過孔9が形成されている。このハニカム構造体7は,乾
燥工程および焼成工程を経て固化され,隔壁8の排気ガ
ス通過孔9の表面に白金,ニッケル等の触媒物質を付着
させて実用に供される。
壁8の交差部に角隅部を有するハニカム状に形成されて
いるため,ハニカム構造体7を乾燥工程および焼成工程
において加熱,冷却する際に,ハニカム構造体7の中心
部と周辺部とにおける熱伝導の差に起因する不均一な膨
張収縮により,角隅部に応力集中が起こり,クラックが
発生して破損することがある。また使用中においても,
上記と同様の理由によって角隅部における応力集中,破
損のおそれがある。
カム構造体の強度が低くなり,変形し易くなるのみなら
ず,所望の寸法精度のハニカム構造体7が得られないお
それがある。従って角隅部の横断面を円弧形状として応
力集中を減少させたり,押出されたハニカム構造体7の
強度を向上させる必要がある。このため角隅部の横断面
を円弧形状に形成して応力集中を排除するようにしてお
り,前記図8に示すダイス10において,図9に示すよ
うに成形溝1によって包囲されるセル11の角隅部の横
断面を円弧形状に形成してある。
を示す要部拡大平面図であり,同一部分は前記図9と同
一の参照符号で示す。図12において,12は放電加工
用の電極であり,例えば銅,銅タングステン,グラファ
イト等の導電性材料により,横断面形状を擬似十字形状
にかつ外周面に凹円筒面12aを有するように形成す
る。そして電極12を成形溝1の交差部中心に位置決め
して放電加工を行うことによって,セル11の角隅部の
横断面を円弧形状に加工することができるのである。ま
た切削加工によってセル11の角隅部を加工してもよ
い。
のセル11の角隅部の加工方法においては下記のような
問題点がある。まず放電加工によるものにおいては, (1) 放電加工用の電極12の横断面形状が複雑であると
共に,成形溝1の幅が例えば 0.3mm以下のような微小寸
法の場合には,電極12の製作が極めて煩雑であり,製
作コストが極めて高くなる結果,押出用ダイスのコスト
が高騰する。 (2) 電極12が放電加工の進行により消耗するため,電
極12を多数準備しておく必要があり,セルの個数が
3,000〜30,000個のような押出用ダイスの場
合には,準備すべき電極12の数も厖大になり,寸法精
度も含めて電極管理が極めて煩雑である。 (3) 電極12が上記のように放電加工中に消耗するた
め,成形溝1の深さ方向におけるセル11角隅部の円弧
形状を同一に形成することがむずかしく,加工精度を大
幅に向上させることが困難である。 (4) 成形溝1の幅寸法,円弧形状が異なる場合には,そ
の都度新たに電極12を製作する必要があり,同一形状
寸法の電極として共用化することが困難である。
る場合においては, (1) 切削抵抗,使用工具の強度の点から,高精度の加工
が困難であり,寸法精度のバラツキが大である。 (2) 成形溝1の幅寸法が例えば 0.3mm以下の場合には,
実用上加工が殆ど不可能に近い。
解決し,微小寸法の成形溝を有するものでも,セルの角
隅部に所定の円弧形状を高精度かつ容易に形成できるハ
ニカム構造体押出用ダイスの製造方法を提供することを
課題とする。
めに,本発明においては,ハニカム構造体の横断面形状
と対応する横断面形状を有しダイスの前面側から後面側
に向かって所定の深さを有する複数個の成形溝と,前記
ダイスの後面側から前面側に向かって互いに独立して筒
状に形成され前記成形溝の交差部および/または稜辺部
と開口連結された複数個の原料供給口とを備えた押出用
ダイスを製造するハニカム構造体押出用ダイスの製造方
法において,成形溝の交差部に横断面形状を円形にかつ
少なくとも成形溝の深さに相当する長さに形成した電極
を挿入し,成形溝によって包囲されたセルの角隅部を電
解加工により横断面を凸円弧形状に加工する,という技
術的手段を採用した。
濃度,温度および流量,電極とセルとの距離,印加電圧
および電圧印加時間の少なくとも一つの設定条件を選択
することにより所定の凸円弧形状に形成することができ
る。
使用することも,また同時に複数個使用することもで
き,同時に複数個使用する場合には加工すべきセルの数
が多い押出用ダイスの場合,全体の加工時間を短縮する
上で有利である。
おいて凸円弧形状を異なるように形成することができ,
例えば中央部の曲率半径を小に,周辺部の曲率半径を大
に形成ができると共に,例えば中央部から周辺部に至る
までの曲率半径を徐々に若しくは段階的に変化させて形
成することもできる。
05〜 0.3mmの微小寸法のダイスにおいても,このような
微小寸法の成形溝が交差する部位に容易に電極を挿入す
ることができるため,容易に加工することができる。こ
のように成形溝の幅が微小寸法のダイスにおいては、本
発明は特に有用である。
施の形態を示す要部平面図および一部省略要部縦断面図
であり,同一部分は前記図8ないし図10と同一の参照
符号で示す。図1および図2において,13はベースで
あり,原料供給口2と対応する位置に凹孔13aを開口
させて設けると共に,凹孔13aに連通させて電解液の
導入口14を設ける。15は電極であり,導電性を有し
かつ剛性の大なる材料により,横断面形状を円形にかつ
少なくとも成形溝1の深さに相当する長さに形成し,成
形溝1の交差部に挿入,抜去可能に設ける。16は電解
加工用の直流電源であり,前記電極15を(−)側に,
ダイス10を(+)側に接続する。
よび凹孔13aを経て,原料供給口2および成形溝1内
に矢印にて示すように流通させ,直流電源16により電
極15とダイス10との間に直流電圧を印加させれば,
セル11の角隅部を電解加工により,横断面を凸円弧形
状に加工することができる。
角隅部の状態を示す拡大平面図であり,セル11の電極
15と対向する角隅部11aが,横断面において所定の
凸円弧形状に形成され得ることが示されている。
図である。この場合,前記図1ないし図3において,ダ
イス10をステンレス鋼(SUS630)によって形成
し,成形溝1の幅寸法0.14mm,深さ寸法 3.0mmとし,電
極15は例えばWC−Co系超硬合金により直径 0.1mm
に形成し,成形溝1の交差部に設置した。電解液として
は硝酸ナトリウム10重量%水溶液を使用した。
の領域を各々非R領域およびR領域とする。電解加工で
は加工条件を選択することで,R領域から非R領域に推
移することを見いだし,例えば図4において曲線によっ
て区分される上下の領域が各々非R領域およびR領域と
なることを確認した。
域およびR領域の条件によって電解加工されたセルの角
隅部の状態を示す拡大平面図であり,同一部分は前記図
3と同一の参照符号で示す。まず図5においてはセル1
1の角隅部11aは電極形状に加工されている。すなわ
ち前記図4における非R領域における電解加工条件(印
加時間が長い)であるため,角隅部11aは電極形状に
加工されることを示している。これに対して図6におい
ては,セル11の角隅部11aが所定の曲率半径に加工
された状態を示している。なお図4に示すR領域におい
ては,印加電圧および/または印加時間が大である程,
図3および図6における角隅部11aの曲率半径が大に
形成される。
(SUS630)によって形成し,成形溝1の幅寸法0.
20mm,深さ寸法 3.0mmとし,セル11の数を2400個
とした。電極15(図1および図2参照)はWC−Co
系超硬合金により直径0.15mmに形成し, 硝酸ナトリウム
10重量%水溶液を81/分で流通させて,印加電圧2
0V,印加時間5秒の条件で電解加工を行った。この結
果,セル11の角隅部は円弧曲率0.05mmに加工され,加
工精度± 0.008mmを得た。なお電極15の消耗は0%で
あった。
いて電解加工を行った。この場合,成形溝1の幅寸法0.
10mm,電極15の直径0.10mm,印加電圧16V,印加時
間3秒とした以外は,前記のものと同様とした。この結
果,セル11の角隅部は円弧曲率0.05mmに加工され,加
工精度± 0.005mmを得た。なお電極15の消耗は前記の
ものと同様に0%であった。
の曲率半径を異なるように形成した例を示す要部平面図
であり,同一部分は前記図1と同一の参照符号で示す。
図7において,鎖線aによって包囲された中央の領域内
に存在する角隅部11aの曲率半径を例えば0.04mmに,
鎖線aと鎖線bとの間の領域内に存在する角隅部11a
の曲率半径を例えば0.06mmに,上記領域外の周辺に存在
する角隅部11aの曲率半径を例えば0.08mmに夫々形成
する。
1の角隅部11aの曲率半径を異なるように形成するに
は,例えば前記図1および図2に示す電極15の直径を
変化させること,すなわち電極15とセル11との距離
を変化させることによって可能である。また同一直径の
電極15を使用する場合には,前記図4に示すR領域内
において,印加電圧および/または印加時間を変化させ
てもよい。
11の角隅部11aの曲率半径を,中心部から周辺部に
向かって徐々に若しくは段階的に大になるように形成す
ることは,このダイスによって押出成形されたハニカム
構造体にとって好ましい機能が付与される点で有利であ
る。すなわちハニカム構造体としては前記図11におい
て示される排気ガス通過孔9の表面積が大であることが
好ましく,本来的には排気ガス通過孔9の角隅部に円弧
形状の肉厚膨大部を設けたくない。
ける加熱,冷却時または実際使用時における中心部と周
辺部との熱伝導の差に起因する応力集中を減少させた
り,また押出されたハニカム構造体7の強度を向上させ
るために,止むを得ずに排気ガス通過孔9の角隅部に円
弧形状の肉厚膨大部を形成するのであり,その曲率半径
は可能な限り小に形成したい。
熱伝導の差に起因する応力集中は,周辺部のそれより小
であるから,前記円弧形状の曲率半径は周辺部のそれよ
り小でよい。従って図7に示すようにセル11の配設位
置によって角隅部11aの曲率半径を異なるように形成
することは,ハニカム構造体としての機能を充分に発揮
させ得ることと,製造工程および使用時における破損防
止を行い得ることの両面において有効であることにな
る。
決め手段については説明を省略したが,公知のNC制御
手段によることができ,加工能率の点から複数個の電極
15を同時に使用して電解加工することができる。また
電極15の剛性を高めるために,電極15の上端部を成
形溝1への挿入部より直径を大にした段付丸棒状として
もよく,更には中実状のみでなく,中空円筒状としても
よい。
けるべきセルの平面形状が正方形のものについて記述し
たが,これ以外の四辺形,三角形,六角形その他の幾何
学的形状のものについても,本発明の適用は当然に可能
である。次に,上記の実施例においては,電極側を
(−),ダイス側を(+)としたが,加工屑の付着を避
けるために,電流を逆に流したり,規則的にパルス的
(ON−OFF)に流してもよい。
%水溶液を使用したが,これに限定されず,中性電解液
(食塩水等),酸性電解液(硫酸水溶液,硝酸水溶液,
塩酸水溶液等々),アルカリ性電解液(カセイソーダ水
溶液等)等々の導電性水溶液を使用してもよい。更に電
解液を通過させる治工具としてベース13を使用した
が,これに限定されず,電解液が図2に示すように流れ
るようにする手段であればよい。
用であるから,下記の効果を奏し得る。 (1) 加工用の電極が横断面形状において単純な円形のも
のを使用することができ,電極の製作が極めて容易であ
ると共に,加工中の電極の消耗が殆どないため,加工精
度を大幅に向上させ得る。 (2) 電極の製作が容易であるため,熟練者を要すること
がなく,また電極が消耗することがないため,更には異
種のダイスにも共用できるため,準備すべき電極の個数
を大幅に減少させることができ,製作コストを低減し,
電極管理が容易となる。 (3) 成形溝の幅寸法が微小のものであっても,セルの角
隅部の加工を容易かつ高精度で行い得る。 (4) セルの角隅部の曲率半径が異なるものであっても,
印加電圧および/または印加時間等の加工条件の変更に
より,同一の電極により容易に加工を行い得る。 (5) 同一ダイス内において,異なる曲率半径を有する角
隅部を有するセルを容易に形成することができる。
図である。
態を示す拡大平面図である。
されたセルの角隅部の状態を示す拡大平面図である。
れたセルの角隅部の状態を示す拡大平面図である。
を異なるように形成した例を示す要部平面図である。
示す説明図であり,(a)はダイスの前面側の平面図,
(b)は(a)におけるA−A線断面図を示す。
を示すダイスの前面側の平面図である。
要部縦断面図である。
拡大平面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ハニカム構造体の横断面形状と対応する
横断面形状を有しダイスの前面側から後面側に向かって
所定の深さを有する複数個の成形溝と,前記ダイスの後
面側から前面側に向かって互いに独立して筒状に形成さ
れ前記成形溝の交差部および/または稜辺部と開口連結
された複数個の原料供給口とを備えた押出用ダイスを製
造するハニカム構造体押出用ダイスの製造方法におい
て, 成形溝の交差部に横断面形状を円形にかつ少なくとも成
形溝の深さに相当する長さに形成した電極を挿入し,成
形溝によって包囲されたセルの角隅部を電解加工により
横断面を凸円弧形状に加工することを特徴とするハニカ
ム構造体押出用ダイスの製造方法。 - 【請求項2】 電解液の種類,電解液の濃度,温度およ
び流量,電極とセルとの距離,印加電圧および電圧印加
時間の少なくとも一つの設定条件を選択することにより
所定の凸円弧形状に形成することを特徴とする請求項1
記載のハニカム構造体押出用ダイスの製造方法。 - 【請求項3】 電極を単独または同時に複数個使用する
ことを特徴とする請求項1若しくは2記載のハニカム構
造体押出用ダイスの製造方法。 - 【請求項4】 同一ダイス内において凸円弧形状を異な
るように形成することを特徴とする請求項1ないし3何
れかに記載のハニカム構造体押出用ダイスの製造方法。 - 【請求項5】 成形溝の幅が0.05〜 0.3mmであることを
特徴とする請求項1ないし4何れかに記載のハニカム構
造体押出用ダイスの製造方法。
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