JP3921955B2 - セラミック成形体の押出成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，セラミック製のハニカム構造体等のセラミック成形体を成形するための押出成形装置に関する。
【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７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成形体としてのハニカム構造体８が用いられている。このハニカム構造体８は，通常，押出成形により製造される。
従来のハニカム構造体の押出成形装置９は，例えば図８に示すごとく，ハニカム構造体８を成形するための成形型９１と，セラミック材料８０を連続的に混練して押し出すスクリュー押出機９８を有してなる。
【０００３】
同図に示すごとく，スクリュー押出機９８と成形型９１との間には，セラミック材料８０を濾過する濾過装置９３を設けている。この濾過装置９３は，ハニカム構造体８への異物の混入等を防止するためのものであり，所定の大きさ以上の異物を濾過網９３０により捕獲しようとするものである。そのため，この濾過装置９３は，多数の細孔を有する濾過網９３０とこれを支持する支持体９３５とよりなる。なお，濾過装置９３と成形型９１との間には，通常，材料通路として抵抗管９２が配設される。
そして，ハニカム構造体８を押出し成形する際には，上記スクリュー押出機９８内に導入されたセラミック材料を上記濾過装置９３によって濾過しながら上記成形型９１に供給する。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の押出成形装置９においては，次の問題がある。
即ち，上記スクリュー押出機内を通過するセラミック材料は，部分的に凝集して塊状になる場合がある。塊状になったセラミック材料（材料塊）は，濾過装置９３の入口表面に捕獲され，後から流れてくるセラミック材料の流動性等を低下させる原因となる。
【０００５】
具体的には，図９に示すごとく，材料塊８９が濾過網９３０に捕獲された後には，この材料塊８９を避けてセラミック材料８０が通過し，材料の流動性が悪くなると共に，濾過網以降の材料の流速分布にも悪影響を及ぼす。そのため，従来より，この塊状のセラミック材料を本来の粒状に戻して成形型に供給する対策が種々検討されてきたが，未だ十分な対策は確立されていない。
【０００６】
なお，図８に示すごとく，複数段のスクリュー押出機を備えている場合には，上段のスクリュー押出機９９の押出し口にも，濾過装置９４を配設する場合もある。この場合にも同様の問題がある。
このような問題は，上記のハニカム構造体に限らず，シート，丸棒，パイプ，その他の種々の形状のセラミック成形体を押出成形する際に用いる押出成形装置に共通の問題である。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，塊状になったセラミック材料をスムーズに濾過装置を通過させることができるセラミック成形体の押出成形装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，セラミック成形体成形用の成形型と，該成形型にセラミック材料を供給するスクリュー押出機と，該スクリュー押出機の押出し口において上記セラミック材料を濾過する濾過装置とを有するセラミック成形体の押出成形装置において，
上記スクリュー押出機には，上記セラミック材料を混練すると共に前方に導くスクリューを内蔵してあると共に，その前方には，上記濾過装置の入口表面において所定間隔を維持した状態で上記入口表面上を撫でるように移動するへら部を設けてあり，
上記へら部は，上記濾過装置の入口表面上において回転移動するよう構成されており，
該へら部は，上記スクリューの先端から延設されており，該スクリューと共に回転移動するよう構成されており，
上記スクリューは軸体の周囲にらせん状に配設したリード部を有しており，該リード部の先端部により上記へら部を形成してなり，かつ，
上記へら部と上記入口表面との間の上記所定間隔は，３０ｍｍ以下であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置にある。
【０００９】
本発明において最も注目すべき点は，上記スクリュー押出機には，上記へら部を設けてあることである。このへら部は，上記濾過装置の入口表面と非接触の状態でこれを撫でるように移動する。
また，上記濾過装置の入口表面としては，金属，セラミック，その他の材質により種々の形状に構成することができる。特に，金網等の網目状のシートとすることが好ましい。
【００１０】
なお，上記スクリュー押出機を複数段設ける場合には，セラミック材料の特性等に対応して最適となるように，種々の構成をとることができる。たとえば各スクリュー押出機のすべてに上記へら部を設けてもよいし，１つのスクリュー押出機のみに上記へら部を設けることもできる。
【００１１】
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，上記へら部を有している。該へら部は上記のごとく濾過装置の入口表面上においてこれを撫でるように移動する。そのため，濾過装置の入口表面にセラミック材料が凝集して構成された塊状のセラミック材料が捕獲された場合においても，これをスムーズにすり潰して濾過装置を通過させることができる。
【００１２】
すなわち，上記濾過装置の入口表面に捕獲された塊状のセラミック材料（以下，材料塊という）は，上記へら部が移動してくることによってこれに接触し，上記入口表面に押し付けられる。そして，上記材料塊には，流れてくる正常なセラミック材料から受ける圧力以上の押圧力が付与される。これにより，上記材料塊は，上記入口表面において，あたかも料理の裏ごしの場合のように，すり潰されて小径化すると共に濾過装置を通過し，成形可能な状態となる。
【００１３】
それ故，濾過装置の入口表面においては，材料塊の存在によってセラミック材料の流動性を悪化させたり，濾過装置以降のセラミック材料の流速分布に悪影響を及ばすという不具合を解消することができる。
このように，本発明によれば，塊状になったセラミック材料をスムーズに濾過装置を通過させることができるセラミック成形体の押出成形装置を提供することができる。
【００１４】
次に，上記へら部と上記入口表面との間の上記所定間隔は，３０ｍｍ以下である。上記所定間隔が３０ｍｍを超える場合には，濾過装置の入口表面に捕獲された比較的小さな材料塊を十分にすり潰すことができないという問題がある。そのため，上記所定間隔は，上記へら部が上記入口表面に接触しない範囲でできるだけこれに近づけることが好ましい。より好ましくは１０ｍｍ以下がよい。
【００１５】
人工原料等で異物混入の恐れがなく材料粒子径が極めて小さい場合は，上記へら部と上記入口表面との間の上記所定間隔は，０．１ｍｍ未満とすることが好ましい。
それ故，請求項２の発明のように，上記へら部と上記入口表面との間の上記所定間隔は，０．１〜３０ｍｍの範囲とすることもできる。
一方，天然原料等で異物混入の恐れがある場合には，０．１ｍｍ未満の場合には，上記濾過装置に捕捉された異物に上記へら部が直接接触し，濾過装置が損傷するおそれがある。それ故，より好ましくは５ｍｍ以上がよい。
【００１６】
また，上記へら部は，上記濾過装置の入口表面上において回転移動するよう構成されている。この場合には，へら部の移動機構を比較的簡単に構成することができる。
【００１７】
特に，上記へら部は，上記スクリューの先端から延設されており，該スクリューと共に回転移動するよう構成されている。これにより，大幅な改造をすることなく上記へら部を移動可能な状態で配設することができる。
【００１８】
また，上記スクリューは軸体の周囲にらせん状に配設したリード部を有しており，該リード部の先端部により上記へら部を形成してなる。これにより，上記リード部に沿って上記へら部へと材料塊をスムーズに導くことができ，へら部による材料塊のすり潰しを効率よく行うことができる。
【００１９】
なお，上記スクリューのリード部としては，一重螺旋に限らず，二重以上の螺旋状態で配設することができる。そして，特にリード部を二重螺旋以上とすることにより，上記へら部を２箇所以上設けることができ，プロペラのように旋回させることができる。それゆえ，この場合にはさらに効率よく材料塊のすり潰しを行うことができる。また，上記リード線は，スクリュー押出機に求められる特性によって，一重螺旋と二重螺旋を組み合わせるなど，自由な設定を行うことができる。
【００２１】
また，請求項３の発明のように，上記へら部は，移動方向に対して徐々に上記入口表面から離れる方向に傾斜したテーパ面を有することが好ましい。これにより，材料塊を上記テーパ面に沿ってへら部の先端に導くことができ，さらにスムーズなすり潰しを実施することができる。
【００２２】
また，請求項４の発明のように，上記セラミック成形体はハニカム構造体とすることができる。ハニカム構造体は，複雑なハニカム形状を有し，その押出圧力も比較的高い。そのため，押出成形装置における流動性は，ハニカム構造体の押出成形時の生産性に大きな影響を及ぼす。したがって，ハニカム構造体の押出成形装置においては本発明の作用効果が非常に有効である。
【００２３】
また，上記ハニカム構造体の中でも，隔壁の薄い，例えば１５０μｍ以下の薄肉ハニカム構造体の場合には，押出圧力も高く，上記作用効果が特に有効に作用する。同様に，薄肉のシート，細径の丸棒，薄肉パイプ等においても，本発明の構成による効果が大きく発揮される。
【００２４】
【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ハニカム構造体の押出成形装置につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例において作製するハニカム構造体８は，自動車の排ガス浄化装置の触媒担体として用いるものであって，前述した図７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である。
【００２５】
本例のハニカム構造体の押出成形装置１は，図１に示すごとく，ハニカム構造体成形用の成形型１１と，該成形型１１にセラミック材料８０を供給するスクリュー押出機４と，該スクリュー押出機４の押出し口４１において上記セラミック材料８０を濾過する濾過装置３とを有するハニカム構造体の押出成形装置である。
【００２６】
上記スクリュー押出機４には，上記セラミック材料８０を混練すると共に前方に導くスクリュー４０を内蔵してあると共に，その前方には，上記濾過装置３の入口表面３０において所定間隔を維持した状態で上記入口表面上を撫でるように移動するへら部５を設けてある。
以下，これを詳説する。
【００２７】
上記濾過装置３は，図１に示すごとく，濾過網３０と，これを支持する支持体３５とよりなる。なお，これらの間に濾過網３０を保護する保護用の金網を配置する場合もある。上記支持体３５には，材料通過用の貫通穴３５０が多数設けてある。濾過網３０としては，メッシュ２００の金網を用いた。そしてこの濾過網３０が濾過装置３の入口表面を構成する。
【００２８】
上記スクリュー押出機４は，図１に示すごとく，筒状の外壁部４９の内部にスクリュー４０を内蔵してある。このスクリュー４０は，従来のものよりも先端部を延長し，リード部４２の先端にへら部５を設けた。延長したリード部４２は，二重螺旋状に配しており，図２，図３に示すごとく，最先端において回転中心から左右に伸びたへら部５を形成している。
【００２９】
そして，このへら部５は，スクリュー４０と共に回転移動するよう構成されている。またへら部５は，上記リード４２に沿って，テーパ面５２を有している。そして，テーパ面５２は，へら部の移動方向（回転方向）に対して徐々に上記入口表面３０から離れる方向に傾斜している。
また，本例においては，上記スクリュー押出機４におけるへら部５と濾過装置３の入口表面である濾過網３０との間の所定距離Ｄ（図１）を５ｍｍとした。
【００３０】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例の押出成形装置１においてハニカム構造体８を押出し成形する際には，スクリュー押出機４の上流から該スクリュー押出機４内にセラミック材料８０を導入し，これをスクリュー４０によって前方に進行させる。この間にセラミック材料８０が凝集して塊状の材料塊となる場合がある。この場合であっても，本例においては，上記へら部５の存在によって上記材料塊による不具合を容易に解消することができる。
【００３１】
即ち，へら部５は上記のごとく濾過装置３の濾過網である入口表面３０上において，所定間隔を空けてこれを撫でるように回転移動する。そのため，濾過装置３の入口表面３５に材料塊が捕獲された場合においても，これをスムーズにすり潰して濾過装置３を通過させることができる。
【００３２】
具体的には，図４（ａ）に示すごとく，上記濾過装置３の入口表面３０に捕獲された材料塊８９は，図４（ｂ）に示すごとく，上記へら部５が移動してくることによってこれに接触し，上記入口表面３０に押し付けられる。そして，図４（ｃ）に示すごとく，上記材料塊８９には，流れてくる正常なセラミック材料８０から受ける圧力以上の押圧力が付与される。これにより，上記材料塊８９は，入口表面３０において，あたかも料理の裏ごしの場合のように，すり潰されて小径化すると共に濾過装置３を通過し，成形可能な状態となる。
【００３３】
それ故，濾過装置３の入口表面３０においては，材料塊８９の存在によってセラミック材料８０の流動性を悪化させたり，濾過装置３以降のセラミック材料の流速分布に悪影響を及ばすという不具合を解消することができる。
【００３４】
なお，本例の押出成形装置１においては，上記スクリュー押出機４よりも上段に，さらにスクリュー押出機を設けることもできる（図８参照）。そして，この場合にはその上段のスクリュー押出機の押出し口にも濾過装置を設け，その入口に上記と同様のへら部を設けることもできるた（図示略）。この場合には，上段のスクリュー押出機の押出し口に材料塊が堆積することを防止することができ，さらにセラミック材料の流動性の向上を図ることができる。
【００３５】
更に，本例においては，上記構成の採用によって，濾過網３０が詰まるまでの寿命を大幅に延長させることができた。具体的には，連続稼働させた場合に，従来ならば半日程で濾過網が詰まってセラミック材料の流動性が低下していたが，本例では，少なくとも２日以上スムーズな流動性を確保することができた。
【００３６】
参考例１
本例は，図５に示すごとく，実施形態例１のへら部５に代えて，上記スクリュー４０の先端から延設した先端軸部６０に設けた２枚の羽部６１により構成したへら部６を配設した。いわばプロペラのような形状を呈したものである。この場合にも，実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
参考例２
本例は，図６に示すごとく，実施形態例１のへら部５を撤去して従来のスクリュー形状に戻し，さらに，濾過装置３の入口表面３０において，外部の駆動手段により回転可能なリング部７０とこれから内方に延設された羽部７１とよりなるへら部７を設けた。この場合には，スクリューと関係なく自由にへら部の移動状態を変化させることができる。その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００３８】
なお，上記各実施例では，ハニカム構造体を製造するためのハニカム構造体成型用の成形型について示したが，成形対象をシート，丸棒，パイプ，その他の形状のセラミック成形体に変更しても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，ハニカム構造体の押出成形装置の構成を示す説明図。
【図２】 実施形態例１における，へら部の，（ａ）側面図，（ｂ）正面図。
【図３】 図２のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図４】 実施形態例１における，へら部の作用効果を示す説明図。
【図５】 参考例１における，へら部の構造を示す説明図。
【図６】 参考例２における，へら部の構造を示す説明図。
【図７】 従来例における，ハニカム構造体を示す説明図。
【図８】 従来例における，押出成形装置の構成を示す説明図。
【図９】 従来例における，不具合を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．押出成形装置，
１１．．．成形型，
３．．．濾過装置，
３０．．．入口表面（濾過網），
４．．．スクリュー押出機，
４０．．．スクリュー，
４１．．．押出し口，
４２．．．リード部，
５，６，７．．．へら部，
８．．．ハニカム構造体，

Claims (4)

1. セラミック成形体成形用の成形型と，該成形型にセラミック材料を供給するスクリュー押出機と，該スクリュー押出機の押出し口において上記セラミック材料を濾過する濾過装置とを有するセラミック成形体の押出成形装置において，
   上記スクリュー押出機には，上記セラミック材料を混練すると共に前方に導くスクリューを内蔵してあると共に，その前方には，上記濾過装置の入口表面において所定間隔を維持した状態で上記入口表面上を撫でるように移動するへら部を設けてあり，
   上記へら部は，上記濾過装置の入口表面上において回転移動するよう構成されており，
   該へら部は，上記スクリューの先端から延設されており，該スクリューと共に回転移動するよう構成されており，
   上記スクリューは軸体の周囲にらせん状に配設したリード部を有しており，該リード部の先端部により上記へら部を形成してなり，かつ，
   上記へら部と上記入口表面との間の上記所定間隔は，３０ｍｍ以下であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
2. 請求項１において，上記へら部と上記入口表面との間の上記所定間隔は，０．１〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
3. 請求項１又は２において，上記へら部は，移動方向に対して徐々に上記入口表面から離れる方向に傾斜したテーパ面を有することを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において，上記セラミック成形体は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押出成形装置。

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