JP3844373B2 - ハニカム押出ダイ、およびその製造方法、並びにそれを用いたハニカムの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可塑化した粉末バッチをハニカム構造体に押し出すのに使用する押出ダイに関するものである。より詳しくは、本発明は、そのような押出ダイをより低コストかつより高品質で製造する方法、およびそれにより製造されたダイ並びにそれを用いたハニカムの押出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒用基体、ハニカム加熱器等のような用途に用いられるセラミック製および金属製のハニカム構造体が、現在、押出方法により大量に製造されている。これらの工程に用いられている押出ダイは典型的に、押し出すべき可塑化バッチ材料を導入するための入口面および押出物がハニカムの形態で排出される排出面からなる平らなプレートとして形作られている。
【０００３】
典型的なハニカム押出ダイの排出面には、ハニカムのセル壁を形成する相互に連結した壁構造としてバッチ材料が出てくる狭い交差した一連の排出スロットが形成されている。入口面には、この面から内側に向かって延び、少なくともいくつかの排出スロットの基部と連結している一連の供給孔が形成されている。これら供給孔が、押し出すべきバッチ材料をスロットに供給する手段となる。バグリーの米国特許第3,790,654 号には、この種のハニカム押出ダイ並びにハニカム押出しのためのその使用が記載されている。これらの工程についてこの特許をここに引用する。
【０００４】
自動車排ガス抗汚染触媒の支持体に使用されているハニカムのような、薄壁セラミックハニカムの大容量押出しには、ステンレススチールから製造された押出ダイが現在使用されている。これらの薄壁セラミックを製造するのに必要とされる細かい一連の排出スロットを形成する工程としては、現在、移動式ワイヤ放電加工（wire EDM）が好ましい。
【０００５】
ワイヤＥＤＭ工程は、電気を用いて加工物の材料を浸蝕する金属除去技術である。負の移動式ワイヤ電極と正にバイアスがかけられた加工物との間の急速ＤＣ電気的パルスが、脱イオン（ＤＩ）水誘電性洗浄媒質を通って、加工物からスチール材料を正確に溶融させる。この材料は、ＤＩ水洗浄媒質の圧縮ジェット中で再凝固し、この圧縮ジェットにより洗い流される。
【０００６】
除去した材料の洗流しは、ＥＤＭ工程の安定性と切断スロットの精度にとって重要である。ワイヤＥＤＭ加工に用いられるワイヤ電極は、一般的に、黄銅、銅またはモリブデンから作られている。この電極がサーボシステムまたは他の装置により加工物中に進められるときに、この装置の制御システムは、非常に正確なスロットが形成できるように、電極と加工物との間の事前設定間隙を維持する。このスロット内にデブリが存在すると、スロットの精度を著しく妨害することがあり、また、ワイヤが破損してスロットの平滑度および／または均一な幅をさらに劣化させてしまうことがある。
【０００７】
ワイヤＥＤＭ加工による押出ダイの製造の最中に出くわす困難なことには、これらダイのスロット形成中にワイヤが過度のレベルで破損することがある。観察したワイヤの破損の発生率は、他のワイヤＥＤＭ用途におけるスロット形成に関する経験が示す率よりも、著しく高い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主な目的は、より安定なＥＤＭ加工並びにスロットの品質と精度が改良された押出ダイを製造する改良ダイ製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、改良押出ダイおよびそれらの使用方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的並びに利点は、以下の記載から明らかとなる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、スチール製ハニカム押出ダイにスロットを形成している最中にＥＤＭワイヤの破損の発生率が著しく減少するワイヤＥＤＭスロット形成を提供する。したがって、より滑らかかつより均一な排出スロットを有するダイが得られ、押出性能が改良され、使用中のダイの摩耗が減少するダイ製造方法が可能となる。
【００１２】
本発明は、最初に、スチールダイボディ中に、入口面から排出面に向かって延びる一連の供給孔を有するダイボディを用意する工程を含むハニカム押出ダイを製造する方法にある。次いで、このダイボディの排出面に、一連の排出スロットを機械加工する。この機械加工は、ダイに事前選択したスロット位置からスチールをワイヤＥＤＭ除去することによるものである。
【００１３】
ＥＤＭ加工の工程中に、誘電性流体を用いて、ダイボディから、並びに移動式ワイヤにより形成されたスロットから、機械加工により除去された材料を洗い流す。この洗流しは少なくとも、供給孔と少なくともいくつかの排出スロットが交差するまで続けられる。
【００１４】
ＥＤＭ工程を安定化し、スロット形成中のワイヤ破損の発生率を減少させるために、少なくとも供給孔とスロットが交差するまで、すなわち、供給孔にスロットが到達するまでは、ダイボディ内の供給孔中に誘電性流体を供給する。本発明の好ましい実施の形態においては、この流体は、ダイボディの入口面に供給孔を開けることにより供給され、機械加工される排出面とスロットを洗浄するのに用いたものと同一の誘電性流体により供給孔を洗浄する。
【００１５】
別の実施の形態において、誘電性洗浄流体は、供給孔とスロットが交差する前に、ダイボディの入口面にこの流体を導入することにより、供給孔内に供給しても差支えない。本発明のこの実施の形態に使用する流体は、ダイボディおよびこのダイの排出面に形成されるスロットを洗浄するスロット形成工程中に使用される流体と同一であっても、異なっていても差支えない。
【００１６】
本発明にはさらに、上述したＥＤＭ加工中にダイボディを支持する装置も含まれる。この装置は、最初に、出口面のＥＤＭスロット形成中に移動式ワイヤＥＤＭ電極に接近した入口面の出口のない（blind ）供給孔を含むダイボディを保持する保持固定具からなる。さらに、この装置には、ダイの入口面に供給孔のガス抜きを行なうガス抜き手段が設けられている。そのようなガス抜き手段には、保持固定具内の開口部、さらに好ましくは、機械加工工程中にダイボディの入口面を保持固定具から離して配置する孔開枠板またはスペーサからなっていてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明により製造し得る種類の押出ダイの断面図である。ここで、より詳しく図１を参照する。このダイは、入口面10a および出口面10b を有するダイボディ10からなる。入口面10a には、この入口面10a から出口面または排出面10b に向かってボディ内に延びる一連の供給孔12が設けられている。排出面には、押し出されるハニカム製品を形成する一連の排出スロット14が形成されている。
【００１９】
この種類のダイの従来の製造においては、ワイヤＥＤＭ加工を用いて、選択した組成のダイボディの出口面10b に排出スロット14を形成しており、これらのスロットは、供給孔の形成前に、所定の深さまで機械加工されている。その後、供給孔から排出スロットまでのバッチ流動用の必要な通路を提供するために、供給孔12を機械的または化学的に孔開けして、以前に形成した排出スロット14に交差させている。米国特許5,322,599 号および同第5,320,721 号には、この工程を実施するのに有用な電気化学的孔開方法が記載されており、これらの特許をここに引用する。
【００２０】
この従来の手法の欠点の１つは、スロットに供給孔が到達するときに、スロットと供給孔との界面が歪み得ることにある。これは、供給孔とスロットとの交差部における各々の供給孔の直径の変動、典型的にネックダウンにより象徴される。
【００２１】
本発明によると、スロットの機械加工と供給孔の機械加工の順序を逆にして、供給孔とスロットとの移行を確実に滑らかにする。最初に供給孔12がダイボディ10内に設けられ、次いで、供給孔が設けられた後に排出スロット14が排出面に機械加工される。これにより、スロットと供給孔の交差部で一様な直径の供給孔が設けられる。
【００２２】
事前に孔の開けられた供給孔にスロットを相互連結させるために、本発明の工程により設けられるべき排出スロットが、少なくともいくつかのスロットが供給孔12と交差するような深さまで機械加工される。よく知られているように、供給孔と交差するスロットの数および位置は、ダイの設計に依存する。米国特許第3,790,654 号により設けられるようなダイにおいては、全てのスロットが典型的に供給孔と交差しており、一方、米国特許第4,902,216 号に見られるようないわゆる「複合スロット」ダイにおいては、選択された分画のスロットのみが供給孔と交差している。
【００２３】
図１に示すようなダイの製造方法を、図２を参照して詳しく説明する。図２に示すように、ダイボディ10が、固定具を通って延びて加工物を支持するボルト（図示せず）のような適切な取付手段により垂直に配置された支持または保持固定具20上に搭載されている。しかしながら、ダイボディ10と保持固定具20との間には、孔開枠板22が挟まれている。枠板22には、以下詳細に記載するような洗浄流体を排出するための、ダイボディ10および保持固定具20の間に位置する１つ以上のベント24が設けられている。
【００２４】
ダイボディ10内に各々の排出スロット14（図２の平面に示す）を機械加工するために、従来の種類のワイヤＥＤＭ装置（図示せず）により供給される放電ワイヤ26が、排出面10b を下方に横切ってダイボディ10から材料を除去する。これと同時に、ワイヤ26によりダイボディから除去される材料を洗い流すために、矢印28により示すような誘電性洗浄流体が、スロットが形成されるときに、排出面10b を下方に横切ってスロット14を通って流れる。この流体をダイボディおよびスロット表面の全体に効果的に向けるために、図２に示し、米国特許第4,527,035 号に記載されているように、内部通路32を有するトラフ部材30がダイボディ10に対して位置している。この特許をここに引用する。
【００２５】
最後に、図２に示すように、スロット14が、供給孔12に到達する深さまで達する。ワイヤ電極が最も破損しやすいのは、ＥＤＭ工程のこの時点である。本発明に到る研究により、このワイヤの破損の最も適当な原因は、孔開工程による残留物および／または供給孔の端部で捕捉された空気であることが示唆される。
【００２６】
再度図２を参照する。工程の安定性を改良し、ワイヤの破損を最小にするために、ダイボディ10および保持固定具20の間に枠板22を挟む。概して図３に示すような形状を有するこの板は、ダイボディ10の入口面10a を保持固定具20から離して配置させる。さらに、ベント24のようなベントが設けられているので、枠板22は、供給孔12から出て、枠板の内側に進入する洗浄流体の出口用通路となる。このように、枠板を挟むことにより、ダイボディ10の入口面10a の供給孔12の基部において開口部は開いたままになる。
【００２７】
放電ワイヤ26が、ダイボディ10内の供給孔12の終了地点と交差する深さに達するとすぐに、誘電性洗浄流体28が供給孔12に進入し始める。次いで、この流体が、供給孔の孔開けにより残留した空気および／またはデブリを供給孔12の基部から枠板22により形成された空間中に洗い流す。さらに、この流体は、その空間に進入することにより、運ばれるデブリおよび／または空気とともに、ベント24から迅速に排出される。この洗浄作用が、ワイヤ26の破損により生じるスロット形成工程における破壊する数を減少させるのに予期せず効果的であることが判明した。
【００２８】
上述したように、枠板22の適切な構成を図３に示す。この基本形態において、枠板22は単に、所定の厚さの金属スペーサまたは周囲枠部材からなる。枠板の縁を通して選択した数のベント24を開けて、枠板により囲まれた空間からの簡単な流体出口を設ける。枠板の厚さおよびベントの数は、選択した一連のワイヤＥＤＭスロット形成条件により流体廃水を取り扱う通常の実験により容易に調節できる。
【００２９】
ＥＤＭ加工速度、供給孔の条件、および他の要因に応じて、必ずしも、供給孔へのスロットの到達地点において、洗浄流体の流速を高速に維持する必要はない。ある場合には、その代わりに、ＥＤＭスロット形成操作を開始する前に、一連の供給孔を水または他の誘電性洗浄流体で単に満たすことで十分である。このことは、例えば、ダイボディ10、または少なくともその入口面10a の供給孔の終了部を誘電性洗浄流体に浸漬し、一方浸漬したダイボディおよび流体を真空に引くことにより行なえる。真空は、供給孔12内に存在する空気を引き出すのに役立ち、真空が開放されると、これらの供給孔が洗浄流体で満たされる。このように供給孔が満たされると、ＥＤＭワイヤの供給孔12への到達が、供給孔が空気のみを保持するときの到達よりもワイヤを破損しづらくなる。
【００３０】
図１および２に示すようなダイは、どのような金属から形成してもよいが、好ましい金属はステンレススチールである。これらの金属は、ＥＤＭスロット形成技術により精密に機械加工でき、さらに、水、他の誘電性洗浄流体、およびダイに通す押出しのために配合されるいかなるバッチ材料内に存在する液体または溶解した固体成分に対する耐蝕性が大きい。一般的に、ＥＤＭ工程に使用する誘電性洗浄流体は脱イオン水であるが、所望であれば、水の代わりに他の誘電性流体を用いてもよい。
【００３１】
上述した方法により作成したステンレススチール製のハニカム押出ダイにより、押出しによるセラミックハニカムの製造にとって著しい利点がある構造的特性が得られる。最も重要なことは、一連の排出スロットと交差し、これらスロットにバッチ材料を供給するように配列した供給孔は、排出スロットとの交差地点において、実質的に不変であるか、または一定の直径であり、ダイを通るバッチ流動に対してダイの摩耗およびインピーダンスを減少させる。このように、可塑化したセラミックバッチ材料をダイに通す押出しが容易になり、得られた生のセラミックハニカムを従来のように乾燥させ、より速い選択速度で高い寸法精度のハニカム製品に焼成できる。
【００３２】
下記の表１および２は、ステンレススチール製のダイブランクから製造した多くの押出ダイのワイヤＥＤＭ加工に関する工程統計量を列記している。表１には、供給孔の充填またはガス抜きを行なわなかった場合に実施したダイの製造結果が示されており、一方、表２には、図２に示した工程を用いて同数のダイを加工した結果が示されている。
【００３３】
各々の表には、各々のダイの認識番号、ダイの排出面に亘る第１軸と第２軸に沿った一連のスロットの機械加工中に遭遇したＥＤＭワイヤの破損の数、およびこれら一連のスロットの機械加工中に破損したワイヤの数の合計が記載されている。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１に示したデータは明らかに、工程のスロット／供給孔到達相に注意せずに、事前にダイブランクにスロットを加工形成したときの移動式ワイヤの破損が著しいことを示している。供給孔内のデブリおよび／または空気は、これら破損のレベルの原因であるかもしれない。
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２のデータが示すように、機械加工中にダイボディとダイ保持具との間に洗浄枠を設けて、ワイヤの到達地点で誘電性洗浄流体により、供給孔とスロットとの交差部を効果的に確実に洗浄することにより、この工程中のワイヤの破損が著しく減少する。
【００３８】
上述した方法により供給孔を充填または洗浄した結果、ＥＤＭ工程の安定性が著しく改良され、したがって、機械加工したダイの品質が改良される。供給孔をスロット中に切り込む代わりにダイ排出スロットを供給孔に切り込むことにより生じた、スロットと供給孔の交差部での実質的に不変の供給孔の直径に加えて、本発明の方法により提供される押出ダイにおいて、スロットの均一性および仕上りが改良されている。再度、このことにより、押出工程の安定性および押し出された基体の品質が改良される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハニカム押出ダイの断面図
【図２】本発明による移動式ワイヤＥＤＭ加工によりダイボディを機械加工する装置の部分断面図
【図３】図２の装置に有用なガス抜き手段の概略図
【符号の説明】
10 ダイボディ
12 供給孔
14 排出スロット
20 ダイ保持固定具
22 枠板
24 ベント
26 ワイヤ
28 誘電性洗浄流体
30 トラフ部材

Claims (5)

1. ハニカム押出ダイを製造する方法であって、
   入口面から排出面に向かってダイボディ中に延びる一連の供給孔を有する該ダイボディを提供し、
   ワイヤＥＤＭ除去および前記ダイボディから除去される材料を誘電性流体洗浄することにより前記排出面に一連の排出スロットを形成し、その際、前記ＥＤＭ除去および前記洗浄を、少なくとも、前記供給孔といくつかの前記排出スロットとの間に交差部が形成されるまで続け、
   前記供給孔と前記排出スロットとの間に前記交差部が形成される間に該供給孔内に誘電性流体を導入する、
   各工程を有してなることを特徴とする方法。
2. 前記供給孔と前記排出スロットとの間に前記交差部が形成される間に前記ダイボディの前記入口面で前記供給孔をガス抜きし、前記誘電性流体により該供給孔を洗浄することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記供給孔と前記スロットとの間に前記交差部が形成される前に、前記誘電性流体を前記供給孔に導入することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 請求項１記載の方法により作成されたハニカム押出ダイであって、
   (i) 前記ダイがステンレススチールから形成され、
   (ii) 前記ダイが、一連の排出スロットとの多重交差部を形成する一連の供給孔を備え、
   (iii) 前記供給孔が、前記排出スロットとの交差部において実質的に不変の直径を有することを特徴とする押出ダイ。
5. 請求項４記載の押出ダイに可塑化したセラミックバッチ材料を通して押し出す工程を有してなるセラミックハニカムの製造方法。

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