JP3921911B2 - セラミック成形体の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えばセラミックハニカム構造体等のセラミック成形体を製造するための製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば自動車の排ガス浄化装置の触媒担体としては，図１２に示すごとく，多数のセル８８を隔壁８１により設けてなるセラミック製のハニカム構造体８が用いられている。このセラミック製のハニカム構造体のようなセラミック成形体は，通常，押出成形により製造される。
【０００３】
従来のセラミック成形体の製造装置９は，図１３に示すごとく，スクリュー式の押出機９１と，該押出機９１の先端に抵抗管９２を介して接続された成形型９３とを有する。そして，この製造装置９を用い，押出スクリュー９１１の回転により上記押出機９１から抵抗管９２内に圧送したセラミック材料８０を，成形型９３から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する。なお，上記押出スクリュー９１１は，真空引きされた脱気室９１２に連通して配設されている。そして，押込スクリュー９１３により脱気室９１２内に送り込まれたセラミック材料８０は，左右一対の押込ローラ９１４により上記押出スクリュー９１１に供給される。
【０００４】
【解決しようとする課題】
ところで，セラミック成形体がハニカム構造体のように複雑な形状を有している場合には，成形型９３のスリット穴形状のばらつき，セラミック材料８０の粘度ばらつき（温度ばらつき）等の影響により，成形される形状が大きく左右される。特にセラミック材料８０の粘度は，季節，時間帯によっても変化し，材料流速にばらつきを生じさせ，セラミック成形体の形状に大きな影響を与える。
【０００５】
このような問題に対し，例えば，特開平９−２７７２３４号公報に示されているごとく，成形型を構成するガイドリングに成形直前のセラミック材料の温度を調整する温度調整装置を設けることが提案されている（従来技術１）。この温度調整装置を用いれば，ハニカム構造体の外皮となる部分の成形速度を微調整することができ，成形不良を防止することができるとされている。
【０００６】
また，特公昭５５−３６４８６号公報に示されているごとく，押出スクリューと成形型との間において，セラミック材料の外周温度を中心温度よりも１０℃以内高くすることが提案されている（従来技術２）。この場合には，良好なセラミックハニカム構造体を連続して成形することができるとされている。
【０００７】
しかしながら，例えばハニカム構造体においては，近年，そのセル密度を高めるべく隔壁の厚みを小さくすることが強く求められている。この隔壁の薄肉化を行う場合には，上記成形型９３の押出し抵抗が従来よりも大幅に増大する。この押出し抵抗の増大は，セラミック材料８０の粘度等のばらつきによる成形形状への影響を従来よりも大きくしてしまう。
【０００８】
そのため，従来のサイズのハニカム構造体を成形する場合には問題なかった程度のセラミック材料の粘度（温度）ばらつきであっても，薄肉化したハニカム構造体を製造する場合には，そのばらつきが成形形状に大きく影響する。そのため，この場合には，良好な形状を有するハニカム構造体を高歩留まりで製造することが困難である。
【０００９】
また，上記従来技術１，２に示された方法を用いた場合にも，薄肉化したハニカム構造体のように成形が難しいセラミック成形体を製造する場合には，形状修正効果が小さすぎるため，良好な形状のセラミック成形体をスムーズに製造することは困難である。
【００１０】
具体的には，上記従来技術１の方法では，セラミック材料の温度調整を行う部分が成形型のガイドリング部分だけである。そのため，成形体の極表層部のみしか温度調整できない。それ故，成形体の形状不良がひどい場合には，その形状修正が困難である。
また，上記従来技術２においては，温度調整がある特定の条件に限定されており，また，加熱しか行えない。それ故，セラミック材料の温度，水分量，粒度等の微妙な変化に精度よく対応して成形体の形状修正を行うことは非常に困難である。
【００１１】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，成形が困難なセラミック成形体であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる，セラミック成形体の製造方法および製造装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，スクリュー式の押出機と，該押出機の先端に抵抗管を介して接続された成形型とを有する製造装置を用い，上記押出機から上記抵抗管内に圧送したセラミック材料を上記成形型から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する方法において，上記押出機から上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて、加熱又は冷却された熱媒体を循環させることによって、上記成形型から押出される上記セラミック成形体の形状を制御することを特徴とするセラミック成形体の製造方法にある。
【００１３】
本発明において最も注目すべきことは，上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を抵抗管の周囲に設けた加熱及び冷却が可能な材温調整手段から加熱又は冷却することにより，上記セラミック成形体の形状を制御することである。
即ち，セラミック成形体の成形形状を良好にすべく，抵抗管内に位置するセラミック材料を積極的に加熱又は冷却する。
【００１４】
加熱又は冷却手段としては，抵抗管の周囲に熱媒体を循環させる手段，抵抗管の周囲にヒータ等の加熱装置又は冷凍機等の冷却装置を設置する手段等，種々の手段がある。また，この加熱又は冷却手段の制御は，セラミック成形体の形状に応じて手動又は自動により行うことができる。
【００１５】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては，上記抵抗管の内部を通過するセラミック材料を抵抗管の周囲から加熱又は冷却することにより，セラミック成形体の形状を制御する。例えば，セラミック成形体の外周部の成形速度が内部よりも速いことが原因で形状不良を起こしている場合には，抵抗管内のセラミック材料を冷却し，外周部分の流動性を低下させる。一方，セラミック成形体の外周部の成形速度が内部よりも遅いことが原因で形状不良を起こしている場合には，抵抗管内のセラミック材料を加熱して外周部の流動性を向上させる。これにより，得られるセラミック成形体の形状は良好な形状に改善される。
【００１６】
また，本発明においては，上記抵抗管の周囲からその内部のセラミック材料を広い範囲にわたって加熱又は冷却する。これにより，例えば従来技術１と比べて，セラミック材料への熱伝達能力を向上させることができ，上記形状修正能力が増大する。また，上記抵抗管の周囲からの熱伝達は，加熱だけでなく冷却によっても行う。これにより，様々な形状不良に対応した形状修正を容易に行うことができる。
また，上記熱媒体は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて循環させることが好ましい。即ち，例えばスパイラル状に循環させる場合には，上記抵抗管の周囲を巻回させながら徐々に上記成形型側から押出機側へと熱媒体を移動させる。これにより，セラミック成形体の温度調整をより均一に行うことができる。
【００１７】
従って，本発明によれば，成形が困難なセラミック成形体であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる，セラミック成形体の製造方法を提供することができる。
【００１８】
次に，請求項２の発明のように，上記セラミック成形体は，多数のセルを有するハニカム構造体とすることができる。即ち，セラミックハニカム構造体は比較的成形が困難であるが，上記優れた製造方法を用いることにより，成形不良を抑制したスムーズな成形を容易に行うことができる。特に，上記ハニカム構造体が，セル密度が３００〜１５００セル／平方インチ又はセル隔壁厚さが０．０３５〜０．１２５ｍｍの場合，あるいは，セル密度が３００〜１５００セル／平方インチでありかつセル隔壁厚さが０．０３５〜０．１２５ｍｍの場合には特に上記製造方法の作用効果が有効に発揮される。なお，上記セルの形状としては，四角，三角，六角等種々の形状がある。
【００１９】
また，請求項３の発明のように，上記セラミック材料の加熱又は冷却は，上記抵抗管の周囲に加熱又は冷却された熱媒体を循環させ，該熱媒体の循環流量または温度の少なくとも一方を変化させることにより行うことが好ましい。この場合には，上記加熱又は冷却の制御を容易に行うことができる。
【００２０】
また，請求項４の発明のように，上記熱媒体は，上記抵抗管の周囲においてスパイラル状の流路に沿って循環させることが好ましい。この場合には，熱媒体から抵抗管内のセラミック材料への伝熱を効率よく行うことができる。
【００２２】
また，請求項５の発明のように，上記成形型から押出される上記セラミック成形体の外周部の温度と中心部の温度を測定し，外周部と中心部の温度差が一定となるように上記熱媒体の温度を変化させることが好ましい。これにより，セラミック成形体の形状変化に応じて精度よく熱媒体温度を制御することができる。
【００２３】
次に，請求項６の発明は，スクリュー式の押出機と，該押出機の先端に抵抗管を介して接続された成形型とを有し，上記押出機から上記抵抗管内に圧送したセラミック材料を上記成形型から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する装置において，上記抵抗管の周囲には，上記押出機から上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を加熱又は冷却するための材温調整手段を設けてあり、上記材温調整手段は，上記抵抗管の周囲に設けた熱媒体を循環させる流体循環路を有しており、上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて設けられていることを特徴とするセラミック成形体の製造装置にある。
【００２４】
本発明の製造装置において最も注目すべきことは，上記抵抗管の周囲には上記加熱及び冷却が可能な材温調整手段を設けてあることである。
上記材温調整手段としては，後述するごとく，種々の構造の手段をとることができる。
【００２５】
本発明の製造装置によれば，上記材温調整手段を用いることにより，押出されるセラミック成形体の形状に応じて，抵抗管内に位置するセラミック材料を積極的に加熱又は冷却することができる。これにより，上記優れた製造方法を容易に実行することができる。それ故，成形が困難なセラミック成形体であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる。
また，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて設けられていることが好ましい。これにより，セラミック成形体の温度調整をより均一に行うことができる。
【００２６】
また，請求項７の発明のように，上記セラミック成形体は，多数のセルを有するハニカム構造体とすることができる。この場合には，上記のごとく，セラミックハニカム構造体は比較的成形が困難であるが，上記優れた製造方法を用いることにより，成形不良を抑制したスムーズな成形を容易に行うことができる。
【００２７】
また，請求項８の発明のように，上記材温調整手段は，上記抵抗管の周囲に設けた熱媒体を循環させる流体循環路と，該流体循環路に連結された媒体供給回路とよりなり，該媒体供給回路は上記熱媒体を加熱又は冷却するための温調装置と，上記熱媒体の流量を調整する流量調整装置とを有していることが好ましい。この場合には，熱媒体の温度，流量の少なくとも一方を変更することにより，高精度の加熱・冷却制御を行うことができる。
【００２８】
また，請求項９の発明のように，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲を覆う１室の空間よりなり，該空間には熱媒体の進路を規制するためのフィンを螺旋状に設けてあり，上記熱媒体を螺旋状に循環させるよう構成してあることが好ましい。この場合には，上記流体循環路の構造を簡単にすることができると共に，上記フィンによって容易に熱媒体を螺旋状に循環させることができる。また，この螺旋状の循環により，熱媒体から抵抗管内への熱伝導を効率よく行うことができる。
【００２９】
また，請求項１０の発明のように，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲に配設された複数の区画された空間よりなり，各空間に対してそれぞれ熱媒体を循環させるよう構成することもできる。この場合には，例えばセラミック成形体が楕円形断面を有するような異形材である場合にも優れた形状修正効果を発揮することができる。即ち，上記流体循環路の区画された空間ごとに異なる条件の加熱又は冷却を施すことにより，局部的な加熱・冷却を行うことができ，これにより，異形形状に応じた形状修正効果を得ることができる。
【００３０】
また，請求項１１の発明のように，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲に螺旋状に巻回してなる管体の内部に設けることにより構成することもできる。この場合には，上記管体を抵抗管の周囲に巻回することにより，容易に螺旋状の熱媒体経路を造ることができる。
【００３２】
また，請求項１２の発明のように，上記成形型から押出される上記セラミック成形体の外周部の温度および中心部の温度を測定する成形体温度測定器と，該成形体温度測定器から得られた測定値から上記外周部と内周部の実測温度差を演算すると共に予め設定した設定温度差とを比較して上記熱媒体の目標温度を演算する熱媒体温度指令器とを備え，該熱媒体温度指令器から上記目標温度に基づいて上記温調装置を制御するよう構成されていることが好ましい。この場合には，上記成形体温度測定器と上記熱媒体温度指令器とを用いることにより，セラミック成形体の形状変化に応じて精度よく上記温調装置を制御することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるセラミック成形体の製造方法および製造装置につき，図１〜図６を用いて説明する。
本例のセラミック成形体の製造装置１は，図１に示すごとく，スクリュー式の押出機１０と，該押出機の先端に抵抗管３を介して接続された成形型４とを有し，上記押出機１０から上記抵抗管３内に圧送したセラミック材料８０を上記成形型４から押出して所望形状のセラミック成形体８を製造する装置である。
【００３４】
上記抵抗管３の周囲には，上記押出機１０から上記抵抗管３内に圧送されたセラミック材料８０を加熱又は冷却するための材温調整手段５を設けてあり，該材温調整手段５を用いて，押出されるセラミック成形体８の形状を制御するよう構成してある。
【００３５】
以下，これを詳説する。
まず，本例において製造するセラミック成形体８は，前述した図１２に示すごとく，多数の四角いセル８８を有する，円筒状のハニカム構造体である。特に本例のハニカム構造体は，セル密度を４００又は９００セル／平方インチに高めてあると共に，隔壁８１を０．０５ｍｍにまで薄肉化してある。
【００３６】
次に，本例の材温調整手段５としては，抵抗管３の周囲に設けた熱媒体７を循環させる流体循環路３０と，該流体循環路３０に連結された媒体供給回路５１とよりなる。媒体供給回路５１は，図２に示すごとく，熱媒体７を加熱又は冷却するための温調装置５２と，熱媒体７の流量を調整する流量調整装置５３とを有している。
【００３７】
図１，図３に示すごとく，上記流体循環路３０は，抵抗管３の周囲を覆う１室の空間３０１よりなり，該空間３０１には熱媒体７の進路を規制するためのフィン３０２を螺旋状に設けてある。そして，本例では，抵抗管３における，成形型４寄りに熱媒体７の流入口３１を，押出機１０寄りに排出口３２を設けてある。これにより，図４に示すごとく，抵抗管３の周囲においては，流入口３１を介して流体循環路３０に流入した熱媒体７を螺旋状に循環させ，これを再び排出口３２から排出することができる。
【００３８】
また，図２に示すごとく，上記媒体供給回路５１における温調装置５２は，冷凍機５２１とヒータ５２２を組合わせたものである。冷凍機５２１はクッションタンク５２３と配管５０３，５０４により連結されている。配管５０４にはクッションタンク５２３から冷凍機５２１に熱媒体７を送るための第１ポンプ５３１を配設してある。
【００３９】
また，クッションタンク５２３は，配管５０２を介して熱媒体７の戻り口５０１に連結されており，一方，配管５０５を介してヒータ５２２に連結されている。また，ヒータ５２２は，配管５０６を介して熱媒体７の送出口５０９に連結されている。また，配管５０２と配管５０５とは配管５０８により，それぞれバイパス連結されている。
また，この媒体供給回路５１の戻り口５０１は流体循環路３０の排出口３２に，送出口５０９は流体循環路３０の流入口３１に，それぞれ連結されている。
【００４０】
また，熱媒体７の送出口５０９近傍の配管５０６内には，熱媒体７の温度を測定するための温度センサ５５１を設けてある。また，上記配管５０５と配管５０８との連結部分には，配管５０２を通って戻ってきた熱媒体７とクッションタンク５２３から送られる冷却された熱媒体７との混合割合を制御するための三方弁５５２を設けてある。
【００４１】
また，上記温度センサ５５１及び三方弁５５２はコントローラ５５に電気的に接続されている。そして，コントローラ５５は，温度センサ５５１の検出データに応じて上記三方弁５５２の開度制御およびヒータ５２２の出力制御を行うよう構成されている。
また，上記流量調整装置５３としては，上記配管５０６内に設けた第２ポンプ５３２を用いている。
【００４２】
次に，押出機１０の構成について簡単に説明する。
押出機１０は，図１に示すごとく，セラミック材料８０内の空気を取り除くために真空引きされた脱気室１１と，該脱気室１１に連通して設けられたローラ室１２及びスクリュー室２とを有している。
【００４３】
脱気室１１は，同図に示すごとく，真空ポンプ１１９に連結されており，これにより真空引きされるよう構成されている。また，脱気室１１の上部側面には，セラミック材料８０を混練してこれを脱気室１１に押込むための押込スクリュー１９を連結してある。押込スクリュー１９の前方には，材料供給用の小穴１８０を多数設けた仕切板１８を設けてある。そして，押込スクリュー１９により前方へ押されるセラミック材料８０は，仕切板１８の小穴１８０を通って脱気室１１内に供給される。なお，脱気室１１内の真空状態は，セラミック材料８０自体がシール材の役割を果たし，維持される。
【００４４】
また，同図に示すごとく，ローラ室１２には，左右一対の押込ローラ１２１を設けてある。この押込ローラ１２１は，これらの間に供給されたセラミック材料８０を挟み込んでスクリュー室２に送り込む機能を果たす。このため，各押込ローラ１２１は，外部に突出させた軸部１２２を軸受１２３により回動可能に支持してある。
【００４５】
また，同図に示すごとく，スクリュー室２には，セラミック材料８０を上記成形型４に押出すための押出スクリュー２１を配設してある。この押出スクリュー２１も，外部に突出した軸部２２を軸受２３により回転可能に支持している。また，この押出スクリュー２１及び上記押込スクリュー１９は，従来と同様に，螺旋状に巻回した帯状のスクリュー片２１５，１９５を有しており，これの回転によりセラミック材料８０を前方に進めるよう構成されている。
【００４６】
また，本例のスクリュー室２の周囲には，スクリュー室２０内のセラミック材料８０を冷却するための冷却水７５を循環させる冷却水循環路２５を設けてある。この冷却水循環路２５は，スクリュー室２の周囲を覆う円筒状の空間より形成されており，押出スクリュー２１の先端側に冷却水入口２５１を，軸部側に冷却水出口２５２を設けてある。
この冷却水７５の循環は，スクリュー室２内におけるセラミック材料８０と押出スクリュー２１との摩擦により発生する熱によりセラミック材料８０の温度が上昇することを防止するためのものである。
【００４７】
また，上記押出スクリュー２１の軸部２２の周囲及び押込ローラ１２１の軸部１２２の周囲には，セラミック材料８０の漏れ防止及び空気等の侵入を防止するためのシール材６１，６２を設けてある。
また，本例では，図３に示すごとく，スクリュー室２と抵抗管３との間には，材料濾過用の濾過網６３を固定する金網サポート６４を設けてある。この金網サポート６４には，多数の材料通過用の丸穴６４０を設けてある。また，抵抗管３と成形型４との管には，セラミック材料の流速を調整するための調整板６５を設けてある。この調整板６５にも，多数の材料通過用の丸穴６５０を設けてある。
【００４８】
次に，本例のセラミック成形体の製造方法においては，上記押出機１０から抵抗管３内に圧送されたセラミック材料８０を抵抗管３の周囲から加熱又は冷却することにより，成形型４から押出されるセラミック成形体８の形状を制御する。即ち，抵抗管３の内部を通過するセラミック材料８０を抵抗管３の周囲から積極的に加熱又は冷却する。これにより，セラミック成形体８の形状を積極的に変化させて形状不良を防止する。
【００４９】
この作用効果の一例を図５を用いて説明する。同図は，図３におけるＡ〜Ｆ位置での断面における，セラミック材料８０の流速分布を示したものである。各図の横軸が流速，縦軸が各断面における上下方向の位置である。
図５（ａ）は，抵抗管３の周囲からの温度制御を行わず，自然状態で材料を流した従来の例である。図５（ｂ）は，抵抗管３に熱媒体７を流した場合の本発明の例である。
【００５０】
図５（ａ）（ｂ）に示すごとく，断面Ａにおいては，いずれの例でも，押出スクリュー２１の周囲のみにドーナツ状に分布していたセラミック材料８０が，断面Ｂにおいて周囲が若干が速く中央部が遅い流速分布状態の材料流れに変化する。
【００５１】
次いで，図５（ａ）に示すごとく，従来であれば，この流速差が変化した状態で断面Ｃ位置に進んでいた（Ｃ１）。そして，このままの状態で押出された場合には，後述する図６ｂに示すごとく，外周部の流速が遅すぎるために，先太り状態で成形され，成形不良となる場合が多い。
【００５２】
これに対し，本例では，図５（ｂ）に示すごとく，上記抵抗管３の周囲に，積極的に温度調整した熱媒体７を循環させる。これにより，抵抗管３内のセラミック材料８０は，その外周部から加熱され，外周部分の温度が上昇して粘度が低くなる。それ故，セラミック材料８０の外周部の流速が適度に早くなり（実線部分Ｃ２），その後，断面Ｄ，Ｅを介して押出されるセラミック成形体８の断面Ｆの流速は，均一な状態となる。そして，得られるセラミック成形体８の形状は非常に優れた形状に制御される。
【００５３】
また，本例では，上記のごとく，媒体供給回路５１における温調装置５２を用いることにより，熱媒体７を加熱だけでなく，冷却することもできる。また，流量調整装置５３用いることにより，熱媒体７の流量を変化させることもできる。そのため，成形されるセラミック成形体８の形状に応じて，熱媒体７の温度，流量の少なくとも一方を変更することにより，熱媒体７からセラミック材料８０への熱伝達量を適宜変更することができる。
【００５４】
これにより，図６に示すごとく，様々な形状不良に臨機応変に対応することができる。即ち，図６ａに示すごとく，得られるセラミック成形体８の形状が良好な円筒状である場合には，熱媒体７の現状の温度及び流量を維持する制御を行う。
【００５５】
次に，図６ｂに示すごとく，先太りの形状に成形される場合には，材料の流速分布が中央部が速い状態になっているため，熱媒体７の加熱あるいは流量の変化により，抵抗管３内の材料を加熱する。これにより，セラミック材料８０の流速分布は均一状態に補正され，成形体形状が良好な状態に修正される。
【００５６】
また，図６ｃに示すごとく，先細りの形状に成形される場合には，材料の流速分布が外周部が速い状態になっているため，熱媒体７の冷却あるいは流量の変化により，抵抗管３内の材料を冷却する。これにより，セラミック材料８０の流速分布は均一状態に補正され，成形体形状が良好な状態に修正される。
【００５７】
また，本例においては，抵抗管３の上流に位置するスクリュー室２の周囲を冷却している。これにより，抵抗管３に送られるセラミック材料８０の温度はある程度均一化され，上記抵抗管３の位置における温度制御の精度を向上させることができ，上記作用効果を有効に発揮させることができる。
【００５８】
このように，本例によれば，成形が困難なセラミック成形体８であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる。
なお，本例では，セラミック成形体８として四角セルを有するハニカム構造体の例を示したが，これに代えて三角形状あるいは六角形状等，様々の形状のセルを有するハニカム構造体の場合にも同様の作用効果が得られる。また，ハニカム構造体に限らず，成形の難しいセラミック成形体を製造する場合にも同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
実施形態例２
本例は，図７に示すごとく，実施形態例１の製造装置１における，抵抗管と成形型の形状を変更し，断面形状が略楕円形のハニカム構造体８０２を製造する例である。具体的には，図８（ａ）（ｂ）に示すごとく，断面形状が円形状から略楕円状に変化する抵抗管３９と，スリットが略楕円状に配置された成形型４９を用いる。また，抵抗管３９の周囲には，区画された４つの空間３９１〜３９４からなる流体循環路を設け，各空間３９１〜３９４に対してそれぞれ熱媒体７を循環させるよう構成してある。
【００６０】
また，本例では，媒体供給回路として２系統設けてあり，そのうちの第１の系統の媒体供給路５１ａを上下の空間３９１，３９３に，第２の系統の媒体供給路５１ｂを左右の空間３９２，３９４に並列につないである。
具体的には，図８（ａ）（ｂ）に示すごとく，媒体供給路５１ａの送出口側配管５０９ａを２つに分岐し，それぞれ上下の空間３９１，３９３の流入口３１ａに接続してある。また，媒体供給路５１ａの戻り口側配管５０２ａを２つに分岐し，それぞれ上下の空間３９１，３９３の排出口３２ａに接続してある。
【００６１】
同様に，媒体供給路５１ｂの送出口側配管５０９ｂを２つに分岐し，それぞれ左右の空間３９２，３９４の流入口３２ａに接続してある。また，媒体供給路５１ｂの戻り口側配管５０２ｂを２つに分岐し，それぞれ左右の空間３９２，３９４の排出口３２ｂに接続してある。なお，各媒体供給路５１ａ及び５１ｂの構成は，実施形態例１の媒体供給路５１と同様である。
また，その他は実施形態例１と同様である。
【００６２】
この場合には，従来であれば形状制御が困難であった異形のセラミック成形体の形状制御を容易かつ精度よく行うことができる。即ち，本例のハニカム構造体８０２のように断面が略楕円形状の場合には，外周部から偏りなく平均的に加熱又は冷却しただけでは，長径部側と短径部側における流速を揃えることが困難な場合がある。これに対し，本例では，長径部側と短径部側をそれぞれ独立して加熱又は冷却することができる。それ故，セラミック成形体の形状に応じて最適な温度条件となるよう加熱又は冷却の制御を行うことができる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００６３】
実施形態例３
本例においては，実施形態例１におけるセラミック成形体の製造方法および製造装置において，成形型４から押出されるセラミック成形体８の外周部の温度と中心部の温度を測定し，外周部と中心部の温度差が一定となるように熱媒体の温度を変化させるという制御を追加した具体例を示す。
【００６４】
本例の製造装置１は，図９に示すごとく，成形型４から押出されるセラミック成形体８の外周部の温度および中心部の温度を測定する２つの成形体温度測定器５６１，５６２とを有している。これらは非接触式の温度センサである。また，同図に示すごとく，外周部温度測定用の成形体温度測定器５６１は，成形型４から押し出されたままの状態のセラミック成形体８の外周面の温度を測定するよう設定してある。また，中心部温度測定用の成形体温度測定器５６２は，押し出されたセラミック成形体８の切断面中央の温度を測定するように設定してある。
【００６５】
また，同図に示すごとく，上記２つの成形体温度測定器５６１，５６２は，熱媒体温度指令器５６に電気的に接続されている。そして，熱媒体温度指令器５６は，成形体温度測定器５６１，５６２から得られた測定値から外周部と内周部の実測温度差を演算すると共に予め設定した設定温度差とを比較して上記熱媒体の目標温度を演算する。
【００６６】
また，熱媒体温度指令器５６は，上述した材温調整手段５に接続されており，これを熱媒体温度指令器５６から送られた上記目標温度に基づいて温調装置５２を制御するよう構成してある。具体的には，図１０に示すごとく，熱媒体温度指令器５６は，材温調整手段５におけるコントローラ５５に電気的に接続してあり，コントローラ５５を制御して熱媒体温度を制御するように構成してある。なお，熱媒体温度指令器５６には温度差設定器５６３を接続してあり，これへの入力によって上記設定温度差を設定するようにしてある。
【００６７】
上記構成の製造装置１を用いて行った制御の実例を図１１を用いて簡単に説明する。
同図は，横軸に時間，縦軸に温度をとったものである。そして，同図の上段には，セラミック成形体８の外周部の温度の実測値Ａ1と中心部の温度の実測値Ａ2をプロットした。また，中段には，熱媒体温度を制御するに当たってのその設定値Ｂ1と実測値Ｂ2をプロットした。また，下段には，セラミック成形体８の外周部と中心部の温度差の設定値Ｃ1と上記実測値Ａ1，Ａ2からの演算値Ｃ2をプロットした。
【００６８】
同図より知られるように，製造初期（時間Ｔ以前）においては，外周部と中心部の温度差Ｃ2のばらつきが大きく不安定であった。この状態を上記熱媒体温度指令器５６が把握して，コントローラ５５を制御することによって，熱媒体温度の設定値Ｂ1を同図のごとく変化させ，これによりその実測値Ｂ1も変化させた。その結果，時間Ｔ経過後においては，外周部の温度Ａ1が安定的に昇温され，温度差Ｃ2もほぼ目標値に落ち着いた。
このような制御を行うことにより，少なくとも時間Ｔ経過後においては，非常に優れた品質を有するセラミック成形体が得られる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，セラミック成形体の製造装置の構成を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，媒体供給回路の構成を示す説明図。
【図３】実施形態例１における，製造装置の抵抗管近傍の構成を示す説明図。
【図４】実施形態例１における，流体循環路内の熱媒体の流れを示す説明図。
【図５】実施形態例１における，セラミック材料の流速分布の推移を示す説明図。
【図６】実施形態例１における，材料の流速分布と成形体形状との関係を示す説明図。
【図７】実施形態例２における，（ａ）セラミック成形体の断面形状，（ｂ）製造装置の抵抗管近傍の構造，をそれぞれ示す説明図。
【図８】（ａ）図７のＡ−Ａ線矢視断面図，（ｂ）図７のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図９】実施形態例３における，成形体温度測定器及び熱媒体温度指令器の配置を示す説明図。
【図１０】実施形態例３における，媒体供給回路と熱媒体温度指令器との関係を示す説明図。
【図１１】実施形態例３における，温度制御例を示す説明図。
【図１２】従来例のセラミック成形体（ハニカム構造体）を示す説明図。
【図１３】従来例の，セラミック成形体の製造装置の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．セラミック成形体の製造装置，
１０．．．押出機，
２１．．．押出スクリュー，
３．．．抵抗管，
３０．．．流体循環路，
４．．．成形型，
５．．．材温調整手段，
７．．．熱媒体，
８．．．セラミック成形体，
８０．．．セラミック材料，
【技術分野】
本発明は，例えばセラミックハニカム構造体等のセラミック成形体を製造するための製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば自動車の排ガス浄化装置の触媒担体としては，図１２に示すごとく，多数のセル８８を隔壁８１により設けてなるセラミック製のハニカム構造体８が用いられている。このセラミック製のハニカム構造体のようなセラミック成形体は，通常，押出成形により製造される。
【０００３】
従来のセラミック成形体の製造装置９は，図１３に示すごとく，スクリュー式の押出機９１と，該押出機９１の先端に抵抗管９２を介して接続された成形型９３とを有する。そして，この製造装置９を用い，押出スクリュー９１１の回転により上記押出機９１から抵抗管９２内に圧送したセラミック材料８０を，成形型９３から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する。なお，上記押出スクリュー９１１は，真空引きされた脱気室９１２に連通して配設されている。そして，押込スクリュー９１３により脱気室９１２内に送り込まれたセラミック材料８０は，左右一対の押込ローラ９１４により上記押出スクリュー９１１に供給される。
【０００４】
【解決しようとする課題】
ところで，セラミック成形体がハニカム構造体のように複雑な形状を有している場合には，成形型９３のスリット穴形状のばらつき，セラミック材料８０の粘度ばらつき（温度ばらつき）等の影響により，成形される形状が大きく左右される。特にセラミック材料８０の粘度は，季節，時間帯によっても変化し，材料流速にばらつきを生じさせ，セラミック成形体の形状に大きな影響を与える。
【０００５】
このような問題に対し，例えば，特開平９−２７７２３４号公報に示されているごとく，成形型を構成するガイドリングに成形直前のセラミック材料の温度を調整する温度調整装置を設けることが提案されている（従来技術１）。この温度調整装置を用いれば，ハニカム構造体の外皮となる部分の成形速度を微調整することができ，成形不良を防止することができるとされている。
【０００６】
また，特公昭５５−３６４８６号公報に示されているごとく，押出スクリューと成形型との間において，セラミック材料の外周温度を中心温度よりも１０℃以内高くすることが提案されている（従来技術２）。この場合には，良好なセラミックハニカム構造体を連続して成形することができるとされている。
【０００７】
しかしながら，例えばハニカム構造体においては，近年，そのセル密度を高めるべく隔壁の厚みを小さくすることが強く求められている。この隔壁の薄肉化を行う場合には，上記成形型９３の押出し抵抗が従来よりも大幅に増大する。この押出し抵抗の増大は，セラミック材料８０の粘度等のばらつきによる成形形状への影響を従来よりも大きくしてしまう。
【０００８】
そのため，従来のサイズのハニカム構造体を成形する場合には問題なかった程度のセラミック材料の粘度（温度）ばらつきであっても，薄肉化したハニカム構造体を製造する場合には，そのばらつきが成形形状に大きく影響する。そのため，この場合には，良好な形状を有するハニカム構造体を高歩留まりで製造することが困難である。
【０００９】
また，上記従来技術１，２に示された方法を用いた場合にも，薄肉化したハニカム構造体のように成形が難しいセラミック成形体を製造する場合には，形状修正効果が小さすぎるため，良好な形状のセラミック成形体をスムーズに製造することは困難である。
【００１０】
具体的には，上記従来技術１の方法では，セラミック材料の温度調整を行う部分が成形型のガイドリング部分だけである。そのため，成形体の極表層部のみしか温度調整できない。それ故，成形体の形状不良がひどい場合には，その形状修正が困難である。
また，上記従来技術２においては，温度調整がある特定の条件に限定されており，また，加熱しか行えない。それ故，セラミック材料の温度，水分量，粒度等の微妙な変化に精度よく対応して成形体の形状修正を行うことは非常に困難である。
【００１１】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，成形が困難なセラミック成形体であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる，セラミック成形体の製造方法および製造装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，スクリュー式の押出機と，該押出機の先端に抵抗管を介して接続された成形型とを有する製造装置を用い，上記押出機から上記抵抗管内に圧送したセラミック材料を上記成形型から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する方法において，上記押出機から上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて、加熱又は冷却された熱媒体を循環させることによって、上記成形型から押出される上記セラミック成形体の形状を制御することを特徴とするセラミック成形体の製造方法にある。
【００１３】
本発明において最も注目すべきことは，上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を抵抗管の周囲に設けた加熱及び冷却が可能な材温調整手段から加熱又は冷却することにより，上記セラミック成形体の形状を制御することである。
即ち，セラミック成形体の成形形状を良好にすべく，抵抗管内に位置するセラミック材料を積極的に加熱又は冷却する。
【００１４】
加熱又は冷却手段としては，抵抗管の周囲に熱媒体を循環させる手段，抵抗管の周囲にヒータ等の加熱装置又は冷凍機等の冷却装置を設置する手段等，種々の手段がある。また，この加熱又は冷却手段の制御は，セラミック成形体の形状に応じて手動又は自動により行うことができる。
【００１５】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては，上記抵抗管の内部を通過するセラミック材料を抵抗管の周囲から加熱又は冷却することにより，セラミック成形体の形状を制御する。例えば，セラミック成形体の外周部の成形速度が内部よりも速いことが原因で形状不良を起こしている場合には，抵抗管内のセラミック材料を冷却し，外周部分の流動性を低下させる。一方，セラミック成形体の外周部の成形速度が内部よりも遅いことが原因で形状不良を起こしている場合には，抵抗管内のセラミック材料を加熱して外周部の流動性を向上させる。これにより，得られるセラミック成形体の形状は良好な形状に改善される。
【００１６】
また，本発明においては，上記抵抗管の周囲からその内部のセラミック材料を広い範囲にわたって加熱又は冷却する。これにより，例えば従来技術１と比べて，セラミック材料への熱伝達能力を向上させることができ，上記形状修正能力が増大する。また，上記抵抗管の周囲からの熱伝達は，加熱だけでなく冷却によっても行う。これにより，様々な形状不良に対応した形状修正を容易に行うことができる。
また，上記熱媒体は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて循環させることが好ましい。即ち，例えばスパイラル状に循環させる場合には，上記抵抗管の周囲を巻回させながら徐々に上記成形型側から押出機側へと熱媒体を移動させる。これにより，セラミック成形体の温度調整をより均一に行うことができる。
【００１７】
従って，本発明によれば，成形が困難なセラミック成形体であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる，セラミック成形体の製造方法を提供することができる。
【００１８】
次に，請求項２の発明のように，上記セラミック成形体は，多数のセルを有するハニカム構造体とすることができる。即ち，セラミックハニカム構造体は比較的成形が困難であるが，上記優れた製造方法を用いることにより，成形不良を抑制したスムーズな成形を容易に行うことができる。特に，上記ハニカム構造体が，セル密度が３００〜１５００セル／平方インチ又はセル隔壁厚さが０．０３５〜０．１２５ｍｍの場合，あるいは，セル密度が３００〜１５００セル／平方インチでありかつセル隔壁厚さが０．０３５〜０．１２５ｍｍの場合には特に上記製造方法の作用効果が有効に発揮される。なお，上記セルの形状としては，四角，三角，六角等種々の形状がある。
【００１９】
また，請求項３の発明のように，上記セラミック材料の加熱又は冷却は，上記抵抗管の周囲に加熱又は冷却された熱媒体を循環させ，該熱媒体の循環流量または温度の少なくとも一方を変化させることにより行うことが好ましい。この場合には，上記加熱又は冷却の制御を容易に行うことができる。
【００２０】
また，請求項４の発明のように，上記熱媒体は，上記抵抗管の周囲においてスパイラル状の流路に沿って循環させることが好ましい。この場合には，熱媒体から抵抗管内のセラミック材料への伝熱を効率よく行うことができる。
【００２２】
また，請求項５の発明のように，上記成形型から押出される上記セラミック成形体の外周部の温度と中心部の温度を測定し，外周部と中心部の温度差が一定となるように上記熱媒体の温度を変化させることが好ましい。これにより，セラミック成形体の形状変化に応じて精度よく熱媒体温度を制御することができる。
【００２３】
次に，請求項６の発明は，スクリュー式の押出機と，該押出機の先端に抵抗管を介して接続された成形型とを有し，上記押出機から上記抵抗管内に圧送したセラミック材料を上記成形型から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する装置において，上記抵抗管の周囲には，上記押出機から上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を加熱又は冷却するための材温調整手段を設けてあり、上記材温調整手段は，上記抵抗管の周囲に設けた熱媒体を循環させる流体循環路を有しており、上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて設けられていることを特徴とするセラミック成形体の製造装置にある。
【００２４】
本発明の製造装置において最も注目すべきことは，上記抵抗管の周囲には上記加熱及び冷却が可能な材温調整手段を設けてあることである。
上記材温調整手段としては，後述するごとく，種々の構造の手段をとることができる。
【００２５】
本発明の製造装置によれば，上記材温調整手段を用いることにより，押出されるセラミック成形体の形状に応じて，抵抗管内に位置するセラミック材料を積極的に加熱又は冷却することができる。これにより，上記優れた製造方法を容易に実行することができる。それ故，成形が困難なセラミック成形体であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる。
また，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて設けられていることが好ましい。これにより，セラミック成形体の温度調整をより均一に行うことができる。
【００２６】
また，請求項７の発明のように，上記セラミック成形体は，多数のセルを有するハニカム構造体とすることができる。この場合には，上記のごとく，セラミックハニカム構造体は比較的成形が困難であるが，上記優れた製造方法を用いることにより，成形不良を抑制したスムーズな成形を容易に行うことができる。
【００２７】
また，請求項８の発明のように，上記材温調整手段は，上記抵抗管の周囲に設けた熱媒体を循環させる流体循環路と，該流体循環路に連結された媒体供給回路とよりなり，該媒体供給回路は上記熱媒体を加熱又は冷却するための温調装置と，上記熱媒体の流量を調整する流量調整装置とを有していることが好ましい。この場合には，熱媒体の温度，流量の少なくとも一方を変更することにより，高精度の加熱・冷却制御を行うことができる。
【００２８】
また，請求項９の発明のように，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲を覆う１室の空間よりなり，該空間には熱媒体の進路を規制するためのフィンを螺旋状に設けてあり，上記熱媒体を螺旋状に循環させるよう構成してあることが好ましい。この場合には，上記流体循環路の構造を簡単にすることができると共に，上記フィンによって容易に熱媒体を螺旋状に循環させることができる。また，この螺旋状の循環により，熱媒体から抵抗管内への熱伝導を効率よく行うことができる。
【００２９】
また，請求項１０の発明のように，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲に配設された複数の区画された空間よりなり，各空間に対してそれぞれ熱媒体を循環させるよう構成することもできる。この場合には，例えばセラミック成形体が楕円形断面を有するような異形材である場合にも優れた形状修正効果を発揮することができる。即ち，上記流体循環路の区画された空間ごとに異なる条件の加熱又は冷却を施すことにより，局部的な加熱・冷却を行うことができ，これにより，異形形状に応じた形状修正効果を得ることができる。
【００３０】
また，請求項１１の発明のように，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲に螺旋状に巻回してなる管体の内部に設けることにより構成することもできる。この場合には，上記管体を抵抗管の周囲に巻回することにより，容易に螺旋状の熱媒体経路を造ることができる。
【００３２】
また，請求項１２の発明のように，上記成形型から押出される上記セラミック成形体の外周部の温度および中心部の温度を測定する成形体温度測定器と，該成形体温度測定器から得られた測定値から上記外周部と内周部の実測温度差を演算すると共に予め設定した設定温度差とを比較して上記熱媒体の目標温度を演算する熱媒体温度指令器とを備え，該熱媒体温度指令器から上記目標温度に基づいて上記温調装置を制御するよう構成されていることが好ましい。この場合には，上記成形体温度測定器と上記熱媒体温度指令器とを用いることにより，セラミック成形体の形状変化に応じて精度よく上記温調装置を制御することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるセラミック成形体の製造方法および製造装置につき，図１〜図６を用いて説明する。
本例のセラミック成形体の製造装置１は，図１に示すごとく，スクリュー式の押出機１０と，該押出機の先端に抵抗管３を介して接続された成形型４とを有し，上記押出機１０から上記抵抗管３内に圧送したセラミック材料８０を上記成形型４から押出して所望形状のセラミック成形体８を製造する装置である。
【００３４】
上記抵抗管３の周囲には，上記押出機１０から上記抵抗管３内に圧送されたセラミック材料８０を加熱又は冷却するための材温調整手段５を設けてあり，該材温調整手段５を用いて，押出されるセラミック成形体８の形状を制御するよう構成してある。
【００３５】
以下，これを詳説する。
まず，本例において製造するセラミック成形体８は，前述した図１２に示すごとく，多数の四角いセル８８を有する，円筒状のハニカム構造体である。特に本例のハニカム構造体は，セル密度を４００又は９００セル／平方インチに高めてあると共に，隔壁８１を０．０５ｍｍにまで薄肉化してある。
【００３６】
次に，本例の材温調整手段５としては，抵抗管３の周囲に設けた熱媒体７を循環させる流体循環路３０と，該流体循環路３０に連結された媒体供給回路５１とよりなる。媒体供給回路５１は，図２に示すごとく，熱媒体７を加熱又は冷却するための温調装置５２と，熱媒体７の流量を調整する流量調整装置５３とを有している。
【００３７】
図１，図３に示すごとく，上記流体循環路３０は，抵抗管３の周囲を覆う１室の空間３０１よりなり，該空間３０１には熱媒体７の進路を規制するためのフィン３０２を螺旋状に設けてある。そして，本例では，抵抗管３における，成形型４寄りに熱媒体７の流入口３１を，押出機１０寄りに排出口３２を設けてある。これにより，図４に示すごとく，抵抗管３の周囲においては，流入口３１を介して流体循環路３０に流入した熱媒体７を螺旋状に循環させ，これを再び排出口３２から排出することができる。
【００３８】
また，図２に示すごとく，上記媒体供給回路５１における温調装置５２は，冷凍機５２１とヒータ５２２を組合わせたものである。冷凍機５２１はクッションタンク５２３と配管５０３，５０４により連結されている。配管５０４にはクッションタンク５２３から冷凍機５２１に熱媒体７を送るための第１ポンプ５３１を配設してある。
【００３９】
また，クッションタンク５２３は，配管５０２を介して熱媒体７の戻り口５０１に連結されており，一方，配管５０５を介してヒータ５２２に連結されている。また，ヒータ５２２は，配管５０６を介して熱媒体７の送出口５０９に連結されている。また，配管５０２と配管５０５とは配管５０８により，それぞれバイパス連結されている。
また，この媒体供給回路５１の戻り口５０１は流体循環路３０の排出口３２に，送出口５０９は流体循環路３０の流入口３１に，それぞれ連結されている。
【００４０】
また，熱媒体７の送出口５０９近傍の配管５０６内には，熱媒体７の温度を測定するための温度センサ５５１を設けてある。また，上記配管５０５と配管５０８との連結部分には，配管５０２を通って戻ってきた熱媒体７とクッションタンク５２３から送られる冷却された熱媒体７との混合割合を制御するための三方弁５５２を設けてある。
【００４１】
また，上記温度センサ５５１及び三方弁５５２はコントローラ５５に電気的に接続されている。そして，コントローラ５５は，温度センサ５５１の検出データに応じて上記三方弁５５２の開度制御およびヒータ５２２の出力制御を行うよう構成されている。
また，上記流量調整装置５３としては，上記配管５０６内に設けた第２ポンプ５３２を用いている。
【００４２】
次に，押出機１０の構成について簡単に説明する。
押出機１０は，図１に示すごとく，セラミック材料８０内の空気を取り除くために真空引きされた脱気室１１と，該脱気室１１に連通して設けられたローラ室１２及びスクリュー室２とを有している。
【００４３】
脱気室１１は，同図に示すごとく，真空ポンプ１１９に連結されており，これにより真空引きされるよう構成されている。また，脱気室１１の上部側面には，セラミック材料８０を混練してこれを脱気室１１に押込むための押込スクリュー１９を連結してある。押込スクリュー１９の前方には，材料供給用の小穴１８０を多数設けた仕切板１８を設けてある。そして，押込スクリュー１９により前方へ押されるセラミック材料８０は，仕切板１８の小穴１８０を通って脱気室１１内に供給される。なお，脱気室１１内の真空状態は，セラミック材料８０自体がシール材の役割を果たし，維持される。
【００４４】
また，同図に示すごとく，ローラ室１２には，左右一対の押込ローラ１２１を設けてある。この押込ローラ１２１は，これらの間に供給されたセラミック材料８０を挟み込んでスクリュー室２に送り込む機能を果たす。このため，各押込ローラ１２１は，外部に突出させた軸部１２２を軸受１２３により回動可能に支持してある。
【００４５】
また，同図に示すごとく，スクリュー室２には，セラミック材料８０を上記成形型４に押出すための押出スクリュー２１を配設してある。この押出スクリュー２１も，外部に突出した軸部２２を軸受２３により回転可能に支持している。また，この押出スクリュー２１及び上記押込スクリュー１９は，従来と同様に，螺旋状に巻回した帯状のスクリュー片２１５，１９５を有しており，これの回転によりセラミック材料８０を前方に進めるよう構成されている。
【００４６】
また，本例のスクリュー室２の周囲には，スクリュー室２０内のセラミック材料８０を冷却するための冷却水７５を循環させる冷却水循環路２５を設けてある。この冷却水循環路２５は，スクリュー室２の周囲を覆う円筒状の空間より形成されており，押出スクリュー２１の先端側に冷却水入口２５１を，軸部側に冷却水出口２５２を設けてある。
この冷却水７５の循環は，スクリュー室２内におけるセラミック材料８０と押出スクリュー２１との摩擦により発生する熱によりセラミック材料８０の温度が上昇することを防止するためのものである。
【００４７】
また，上記押出スクリュー２１の軸部２２の周囲及び押込ローラ１２１の軸部１２２の周囲には，セラミック材料８０の漏れ防止及び空気等の侵入を防止するためのシール材６１，６２を設けてある。
また，本例では，図３に示すごとく，スクリュー室２と抵抗管３との間には，材料濾過用の濾過網６３を固定する金網サポート６４を設けてある。この金網サポート６４には，多数の材料通過用の丸穴６４０を設けてある。また，抵抗管３と成形型４との管には，セラミック材料の流速を調整するための調整板６５を設けてある。この調整板６５にも，多数の材料通過用の丸穴６５０を設けてある。
【００４８】
次に，本例のセラミック成形体の製造方法においては，上記押出機１０から抵抗管３内に圧送されたセラミック材料８０を抵抗管３の周囲から加熱又は冷却することにより，成形型４から押出されるセラミック成形体８の形状を制御する。即ち，抵抗管３の内部を通過するセラミック材料８０を抵抗管３の周囲から積極的に加熱又は冷却する。これにより，セラミック成形体８の形状を積極的に変化させて形状不良を防止する。
【００４９】
この作用効果の一例を図５を用いて説明する。同図は，図３におけるＡ〜Ｆ位置での断面における，セラミック材料８０の流速分布を示したものである。各図の横軸が流速，縦軸が各断面における上下方向の位置である。
図５（ａ）は，抵抗管３の周囲からの温度制御を行わず，自然状態で材料を流した従来の例である。図５（ｂ）は，抵抗管３に熱媒体７を流した場合の本発明の例である。
【００５０】
図５（ａ）（ｂ）に示すごとく，断面Ａにおいては，いずれの例でも，押出スクリュー２１の周囲のみにドーナツ状に分布していたセラミック材料８０が，断面Ｂにおいて周囲が若干が速く中央部が遅い流速分布状態の材料流れに変化する。
【００５１】
次いで，図５（ａ）に示すごとく，従来であれば，この流速差が変化した状態で断面Ｃ位置に進んでいた（Ｃ１）。そして，このままの状態で押出された場合には，後述する図６ｂに示すごとく，外周部の流速が遅すぎるために，先太り状態で成形され，成形不良となる場合が多い。
【００５２】
これに対し，本例では，図５（ｂ）に示すごとく，上記抵抗管３の周囲に，積極的に温度調整した熱媒体７を循環させる。これにより，抵抗管３内のセラミック材料８０は，その外周部から加熱され，外周部分の温度が上昇して粘度が低くなる。それ故，セラミック材料８０の外周部の流速が適度に早くなり（実線部分Ｃ２），その後，断面Ｄ，Ｅを介して押出されるセラミック成形体８の断面Ｆの流速は，均一な状態となる。そして，得られるセラミック成形体８の形状は非常に優れた形状に制御される。
【００５３】
また，本例では，上記のごとく，媒体供給回路５１における温調装置５２を用いることにより，熱媒体７を加熱だけでなく，冷却することもできる。また，流量調整装置５３用いることにより，熱媒体７の流量を変化させることもできる。そのため，成形されるセラミック成形体８の形状に応じて，熱媒体７の温度，流量の少なくとも一方を変更することにより，熱媒体７からセラミック材料８０への熱伝達量を適宜変更することができる。
【００５４】
これにより，図６に示すごとく，様々な形状不良に臨機応変に対応することができる。即ち，図６ａに示すごとく，得られるセラミック成形体８の形状が良好な円筒状である場合には，熱媒体７の現状の温度及び流量を維持する制御を行う。
【００５５】
次に，図６ｂに示すごとく，先太りの形状に成形される場合には，材料の流速分布が中央部が速い状態になっているため，熱媒体７の加熱あるいは流量の変化により，抵抗管３内の材料を加熱する。これにより，セラミック材料８０の流速分布は均一状態に補正され，成形体形状が良好な状態に修正される。
【００５６】
また，図６ｃに示すごとく，先細りの形状に成形される場合には，材料の流速分布が外周部が速い状態になっているため，熱媒体７の冷却あるいは流量の変化により，抵抗管３内の材料を冷却する。これにより，セラミック材料８０の流速分布は均一状態に補正され，成形体形状が良好な状態に修正される。
【００５７】
また，本例においては，抵抗管３の上流に位置するスクリュー室２の周囲を冷却している。これにより，抵抗管３に送られるセラミック材料８０の温度はある程度均一化され，上記抵抗管３の位置における温度制御の精度を向上させることができ，上記作用効果を有効に発揮させることができる。
【００５８】
このように，本例によれば，成形が困難なセラミック成形体８であっても，成形不良を抑制してスムーズに成形することができる。
なお，本例では，セラミック成形体８として四角セルを有するハニカム構造体の例を示したが，これに代えて三角形状あるいは六角形状等，様々の形状のセルを有するハニカム構造体の場合にも同様の作用効果が得られる。また，ハニカム構造体に限らず，成形の難しいセラミック成形体を製造する場合にも同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
実施形態例２
本例は，図７に示すごとく，実施形態例１の製造装置１における，抵抗管と成形型の形状を変更し，断面形状が略楕円形のハニカム構造体８０２を製造する例である。具体的には，図８（ａ）（ｂ）に示すごとく，断面形状が円形状から略楕円状に変化する抵抗管３９と，スリットが略楕円状に配置された成形型４９を用いる。また，抵抗管３９の周囲には，区画された４つの空間３９１〜３９４からなる流体循環路を設け，各空間３９１〜３９４に対してそれぞれ熱媒体７を循環させるよう構成してある。
【００６０】
また，本例では，媒体供給回路として２系統設けてあり，そのうちの第１の系統の媒体供給路５１ａを上下の空間３９１，３９３に，第２の系統の媒体供給路５１ｂを左右の空間３９２，３９４に並列につないである。
具体的には，図８（ａ）（ｂ）に示すごとく，媒体供給路５１ａの送出口側配管５０９ａを２つに分岐し，それぞれ上下の空間３９１，３９３の流入口３１ａに接続してある。また，媒体供給路５１ａの戻り口側配管５０２ａを２つに分岐し，それぞれ上下の空間３９１，３９３の排出口３２ａに接続してある。
【００６１】
同様に，媒体供給路５１ｂの送出口側配管５０９ｂを２つに分岐し，それぞれ左右の空間３９２，３９４の流入口３２ａに接続してある。また，媒体供給路５１ｂの戻り口側配管５０２ｂを２つに分岐し，それぞれ左右の空間３９２，３９４の排出口３２ｂに接続してある。なお，各媒体供給路５１ａ及び５１ｂの構成は，実施形態例１の媒体供給路５１と同様である。
また，その他は実施形態例１と同様である。
【００６２】
この場合には，従来であれば形状制御が困難であった異形のセラミック成形体の形状制御を容易かつ精度よく行うことができる。即ち，本例のハニカム構造体８０２のように断面が略楕円形状の場合には，外周部から偏りなく平均的に加熱又は冷却しただけでは，長径部側と短径部側における流速を揃えることが困難な場合がある。これに対し，本例では，長径部側と短径部側をそれぞれ独立して加熱又は冷却することができる。それ故，セラミック成形体の形状に応じて最適な温度条件となるよう加熱又は冷却の制御を行うことができる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００６３】
実施形態例３
本例においては，実施形態例１におけるセラミック成形体の製造方法および製造装置において，成形型４から押出されるセラミック成形体８の外周部の温度と中心部の温度を測定し，外周部と中心部の温度差が一定となるように熱媒体の温度を変化させるという制御を追加した具体例を示す。
【００６４】
本例の製造装置１は，図９に示すごとく，成形型４から押出されるセラミック成形体８の外周部の温度および中心部の温度を測定する２つの成形体温度測定器５６１，５６２とを有している。これらは非接触式の温度センサである。また，同図に示すごとく，外周部温度測定用の成形体温度測定器５６１は，成形型４から押し出されたままの状態のセラミック成形体８の外周面の温度を測定するよう設定してある。また，中心部温度測定用の成形体温度測定器５６２は，押し出されたセラミック成形体８の切断面中央の温度を測定するように設定してある。
【００６５】
また，同図に示すごとく，上記２つの成形体温度測定器５６１，５６２は，熱媒体温度指令器５６に電気的に接続されている。そして，熱媒体温度指令器５６は，成形体温度測定器５６１，５６２から得られた測定値から外周部と内周部の実測温度差を演算すると共に予め設定した設定温度差とを比較して上記熱媒体の目標温度を演算する。
【００６６】
また，熱媒体温度指令器５６は，上述した材温調整手段５に接続されており，これを熱媒体温度指令器５６から送られた上記目標温度に基づいて温調装置５２を制御するよう構成してある。具体的には，図１０に示すごとく，熱媒体温度指令器５６は，材温調整手段５におけるコントローラ５５に電気的に接続してあり，コントローラ５５を制御して熱媒体温度を制御するように構成してある。なお，熱媒体温度指令器５６には温度差設定器５６３を接続してあり，これへの入力によって上記設定温度差を設定するようにしてある。
【００６７】
上記構成の製造装置１を用いて行った制御の実例を図１１を用いて簡単に説明する。
同図は，横軸に時間，縦軸に温度をとったものである。そして，同図の上段には，セラミック成形体８の外周部の温度の実測値Ａ1と中心部の温度の実測値Ａ2をプロットした。また，中段には，熱媒体温度を制御するに当たってのその設定値Ｂ1と実測値Ｂ2をプロットした。また，下段には，セラミック成形体８の外周部と中心部の温度差の設定値Ｃ1と上記実測値Ａ1，Ａ2からの演算値Ｃ2をプロットした。
【００６８】
同図より知られるように，製造初期（時間Ｔ以前）においては，外周部と中心部の温度差Ｃ2のばらつきが大きく不安定であった。この状態を上記熱媒体温度指令器５６が把握して，コントローラ５５を制御することによって，熱媒体温度の設定値Ｂ1を同図のごとく変化させ，これによりその実測値Ｂ1も変化させた。その結果，時間Ｔ経過後においては，外周部の温度Ａ1が安定的に昇温され，温度差Ｃ2もほぼ目標値に落ち着いた。
このような制御を行うことにより，少なくとも時間Ｔ経過後においては，非常に優れた品質を有するセラミック成形体が得られる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，セラミック成形体の製造装置の構成を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，媒体供給回路の構成を示す説明図。
【図３】実施形態例１における，製造装置の抵抗管近傍の構成を示す説明図。
【図４】実施形態例１における，流体循環路内の熱媒体の流れを示す説明図。
【図５】実施形態例１における，セラミック材料の流速分布の推移を示す説明図。
【図６】実施形態例１における，材料の流速分布と成形体形状との関係を示す説明図。
【図７】実施形態例２における，（ａ）セラミック成形体の断面形状，（ｂ）製造装置の抵抗管近傍の構造，をそれぞれ示す説明図。
【図８】（ａ）図７のＡ−Ａ線矢視断面図，（ｂ）図７のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図９】実施形態例３における，成形体温度測定器及び熱媒体温度指令器の配置を示す説明図。
【図１０】実施形態例３における，媒体供給回路と熱媒体温度指令器との関係を示す説明図。
【図１１】実施形態例３における，温度制御例を示す説明図。
【図１２】従来例のセラミック成形体（ハニカム構造体）を示す説明図。
【図１３】従来例の，セラミック成形体の製造装置の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．セラミック成形体の製造装置，
１０．．．押出機，
２１．．．押出スクリュー，
３．．．抵抗管，
３０．．．流体循環路，
４．．．成形型，
５．．．材温調整手段，
７．．．熱媒体，
８．．．セラミック成形体，
８０．．．セラミック材料，
Claims (12)
- スクリュー式の押出機と，該押出機の先端に抵抗管を介して接続された成形型とを有する製造装置を用い，上記押出機から上記抵抗管内に圧送したセラミック材料を上記成形型から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する方法において，上記押出機から上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて、加熱又は冷却された熱媒体を循環させることによって、上記成形型から押出される上記セラミック成形体の形状を制御することを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
- 請求項１において，上記セラミック成形体は，多数のセルを有するハニカム構造体であることを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
- 請求項１又は２において，上記セラミック材料の加熱又は冷却は，上記抵抗管の周囲に加熱又は冷却された熱媒体を循環させ，該熱媒体の循環流量または温度の少なくとも一方を変化させることにより行うことを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
- 請求項３において，上記熱媒体は，上記抵抗管の周囲においてスパイラル状の流路に沿って循環させることを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項において，上記成形型から押出される上記セラミック成形体の外周部の温度と中心部の温度を測定し，外周部と中心部の温度差が一定となるように上記熱媒体の温度を変化させることを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
- スクリュー式の押出機と，該押出機の先端に抵抗管を介して接続された成形型とを有し，上記押出機から上記抵抗管内に圧送したセラミック材料を上記成形型から押出して所望形状のセラミック成形体を製造する装置において，上記抵抗管の周囲には，上記押出機から上記抵抗管内に圧送されたセラミック材料を加熱又は冷却するための材温調整手段を設けてあり、上記材温調整手段は，上記抵抗管の周囲に設けた熱媒体を循環させる流体循環路を有しており、
上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲における上記成形型側から上記押出機側へ向けて設けられていることを特徴とするセラミック成形体の製造装置。 - 請求項６において，上記セラミック成形体は，多数のセルを有するハニカム構造体であることを特徴とするセラミック成形体の製造装置。
- 請求項６又は７において，上記材温調整手段は，上記抵抗管の周囲に設けた熱媒体を循環させる流体循環路と，該流体循環路に連結された媒体供給回路とよりなり，該媒体供給回路は上記熱媒体を加熱又は冷却するための温調装置と，上記熱媒体の流量を調整する流量調整装置とを有していることを特徴とするセラミック成形体の製造装置。
- 請求項６〜８において，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲を覆う１室の空間よりなり，該空間には熱媒体の進路を規制するためのフィンを螺旋状に設けてあり，上記熱媒体を螺旋状に循環させるよう構成してあることを特徴とするセラミック成形体の製造装置。
- 請求項６〜８において，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲に配設された複数の区画された空間よりなり，各空間に対してそれぞれ熱媒体を循環させるよう構成してあることを特徴とするセラミック成形体の製造装置。
- 請求項６〜８において，上記流体循環路は，上記抵抗管の周囲に螺旋状に巻回してなる管体の内部に設けたことを特徴とするセラミック成形体の製造装置。
- 請求項６〜１１のいずれか１項において，上記成形型から押出される上記セラミック成形体の外周部の温度および中心部の温度を測定する成形体温度測定器と，該成形体温度測定器から得られた測定値から上記外周部と内周部の実測温度差を演算すると共に予め設定した設定温度差とを比較して上記熱媒体の目標温度を演算する熱媒体温度指令器とを備え，該熱媒体温度指令器から上記目標温度に基づいて上記温調装置を制御するよう構成されていることを特徴とするセラミック成形体の製造装置。
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