JP4096443B2

JP4096443B2 - セラミック成形体の押出成形装置

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Publication number: JP4096443B2
Application number: JP07818499A
Authority: JP
Inventors: 悟山口; 広己加藤; 忠幸桑山; 庸彦水上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2000271916A

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９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。このハニカム構造体のようなセラミック成形体８は，通常，押出成形により製造される。
従来のセラミック成形体の押出成形装置９は，例えば図８に示すごとく，セラミック成形体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上下２段のスクリュー押出機９２，９３を有してなる。
【０００３】
同図に示すごとく，上段のスクリュー押出機９２の先端には，セラミック材料８０を複数のひも状の中間成形材８２として略水平方向に押し出す中間型９２１を設けてある。また，中間型９２１は，複数の成形孔９２２を有していると共に，真空引きされた真空室９５に面して配設してある。また，真空室９５における，中間型９２１の下方には，一対の押込ローラ９４を配設してある。
【０００４】
そして，上段のスクリュー押出機９２の材料投入口９２９から投入されたセラミック材料８０がスクリュー押出機９２内において混練されながら前進し，上記のひも状の中間成形材８２として真空室９５内に押し出される。次いで，中間成形材８２は，真空室９５内で脱気された後，押込ローラ９４に噛み込まれる。押込ローラ９４に噛み込まれた中間成形材８２（セラミック材料８０）は，下段のスクリュー押出機９３に供給され，混練されながら成形型９１に送られ，所望形状のセラミック成形体８に押出成形される。
【０００５】
【解決しようとする課題】
ところで，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，上記上段のスクリュー押出機９２から押し出された中間成形材８２は，略水平方向に押し出された後，その自重によって下方に自由に落下する。そのため，ほとんどの中間成形材８２は，上記中間型９２１の直下近傍に集中して落下する。その結果，上記押込ローラ９４における中間成形材８２の噛み込み位置も，一部分に集中してしまう。
【０００６】
このような中間成形材８２の集中が起こった場合には，押込ローラ９４によって噛み込める量よりも落下してくる中間成形材８２の量が上回る。そのため，押込ローラ９４の上方に集中的に中間成形材８２が蓄積する。さらに，蓄積された中間成形材８２が蓋状に固まって，押込ローラ９４への中間成形材８２（セラミック材料８０）の供給がストップする場合もある。またこの場合には，下段のスクリュー押出機９３へのセラミック材料８０の供給が不足してしまい，正常な押出成形が不可能となる。
【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，上段のスクリュー押出機から押し出された中間成形材を安定して下段のスクリュー押出機に供給することができ，スムーズな押出成形を実現す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，セラミック材料を連続的に押し出すためのスクリュー押出機を少なくとも上下２段連ねてなると共に，下段のスクリュー押出機の先端に設けた成形型から所望形状のセラミック成形体を押出成形するよう構成してなる押出成形装置において，
上段のスクリュー押出機の先端には，上記セラミック材料を複数のひも状の中間成形材として略水平方向に押し出す中間型を設けてあり，
該中間型の下方には，落下してくる上記中間成形材を噛み込ませて下段のスクリュー押出機に供給するための押込ローラを配設してあり，
かつ，上記上段のスクリュー押出機の上記中間型の前方には，上記複数の中間成形材の一部を受けて通過させその落下位置を前方に変更するための分散樋を設けて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ことは，上記中間型に，上記中間成形材の落下位置を積極的に変更するための上記分散樋を設けたことである。
【００１０】
上記分散樋は，上記中間型の前方において，押し出される複数の中間成形材の一部を受け取るように設ける。また，この分散樋は，中間型に設けた中間成形材の成形孔の形状，数，等に応じて，複数設けることもできる。また，分散樋は，中間型の左右方向の一部に設け，左右方向の一部の中間成形材のみを受けるように設けることもできる。
【００１１】
また，この分散樋の表面は，中間成形材との摩擦係数が小さくなるように，研磨処理あるいはコーティング処理等を施すことが好ましい。
また，分散樋の材質としては，例えば，鋼板，ステンレス鋼板，合成樹脂板等を用いることができる。
また，分散樋の形状としては，例えば後述するような末広がり形状のごとく，平面的に出側を広げた形状，その他の種々の形状をとることができる。また，分散樋を長手方向あるいは幅方向に曲面状とすることもできる。
【００１２】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明においては，上記中間型の前方に上記分散樋を設けてある。そのため，該分散樋の上方位置から押し出された中間成形材は分散樋により受け止められ，該分散樋に添って前進する。そして，分散樋を通過した中間成形材は，分散樋の先端位置から下方に落下する。
【００１３】
一方，上記分散樋の下方等から押し出された中間成形材は，分散樋に接触することなく，上記中間型から押し出された直後に下方への落下をはじめる。
そのため，分散樋を通過した中間成形材と通過しなかった中間成形材とは，ほぼ分散樋の長さの分だけ離れた複数の位置に分散して落下する。
【００１４】
これにより，上記押込ローラへの中間成形材の噛み込みも，一箇所に集中することなく分散して行われる。そのため，押込ローラへの中間成形材の供給と，噛み込み量すなわち下段のスクリュー押出機への供給量とのバランスを容易にとることができる。それ故，従来のような，中間成形材の過剰な蓄積，あるいは下段のスクリュー押出機へのセラミック材料の供給不足というような不具合を解消することができ，スムーズな押出成形を実現することができる。
【００１５】
従って，本発明によれば，上段のスクリュー押出機から押し出された中間成形材を安定して下段のスクリュー押出機に供給することができ，スムーズな押出成形を実現す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。
【００１６】
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。セラミック成形体がハニカム構造体である場合には，成形型における押出し圧力が非常に高く，スクリュー押出機内の圧力状態を安定的に高める必要がある。この点において，上記分散樋を備えた押出成形装置は，上記のごとくセラミック材料の供給を容易に安定化することができ，ハニカム構造体の押出成形性を向上に非常に有効である。
【００１７】
また，請求項３の発明のように，上記分散樋は，前方にいくに従って徐々に幅広となる末広がり形状を有していることが好ましい。この場合には，複数の中間成形材が分散樋上において蛇行等した場合にも，上記末広がり形状によって通路幅を徐々に拡大させているので，中間成形材が詰まってその進行が止まるというような不具合を抑制することができる。
【００１８】
また，請求項４の発明のように，上記分散樋は，上記中間型に面する端部に，上記中間成形材を上記分散樋上を通過させずに落下させるための切り欠き部を設けてあることが好ましい。この場合には，中間型の複数の成形孔に対面した状態で上記分散樋を配設することができ，有効な成形孔の数を制限することなく分散樋の配設位置を自由に選択することができる。
【００１９】
また，請求項５の発明のように，上記分散樋の上記切り欠き部に面する端面は，下面を削り取ったテーパ形状に設けてあることが好ましい。この場合には，中間成形材が上記切り欠き部を通る際の上記端部への接触を抑制することができる。
【００２０】
また，請求項６の発明のように，上記分散樋は，上下に複数設けてあり，かつ，上方の分散樋を下方の分散樋よりも長く設けることもできる。この場合には，中間成形材の落下位置を３箇所以上に分散することができ，特に中間成形材の数が多い場合等に有効である。
【００２１】
【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押出成形装置につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例の押出成形装置１は，図１に示すごとく，セラミック材料８０を連続的に押し出すためのスクリュー押出機２，４を上下２段連ねてなると共に，下段のスクリュー押出機４の先端に設けた成形型１１から所望形状のセラミック成形体８を押出成形するよう構成してなる。
【００２２】
上段のスクリュー押出機２の先端には，上記セラミック材料８０を複数のひも状の中間成形材８２として略水平方向に押し出す中間型２１を設けてある。
該中間型２１の下方には，落下してくる上記中間成形材８２を噛み込ませて下段のスクリュー押出機４に供給するための押込ローラ３を配設してある。
かつ，上記上段のスクリュー押出機２の上記中間型２１の前方には，上記複数の中間成形材８２の一部を受けて通過させその落下位置を前方に変更するための分散樋５を設けてある。
【００２３】
以下，これを詳説する。
本例の押出成形装置１は，図９に示すごとく，多数のセル８８を有するハニカム構造体（セラミック成形体）８を成形する装置である。
本例の上段のスクリュー押出機２の中間型２１は，図１〜図４に示すごとく円盤形状を有していると共に，その中央部の円形状の領域内に，多数の丸い成形孔２１１を設けてある。この成形孔２１１が中間成形材８２を成形するための孔である。
【００２４】
また，図１〜図４に示すごとく，本例の分散樋５は１枚のみであって，上記中間型２１の上下方向中央部において，その全幅にわたるように配設してある。また，図３に示すごとく，分散樋５は，底板部５１とその左右の側板部５２とより構成してある。
また，分散樋５は，前方に向かうに従って徐々に幅広となる末広がり形状を有している。具体的には，同図に示すごとく，底板部５１の入側（中間型２１寄り）の幅寸法Ｗ₀よりも出側の幅寸法Ｗ₁を大きくしてある。
【００２５】
また，図４に示すごとく，分散樋５は，上記中間型２１に面する端部に，上記中間成形材８２を上記分散樋５上を通過させずに落下させるための切り欠き部５９を設けてある。即ち，本例の分散樋５は，左右の側板部５２の端部を中間型２１に溶接することにより配設してあり，底板部５１と中間型２１との間に上記切り欠き部５９を設けてある。さらに，図４に示すごとく，上記分散樋５の上記切り欠き部５９に面する端面５１５は，下面を削り取ったテーパ形状に設けた。
【００２６】
また，上段および下段のスクリュー押出機２，４は，いずれも，軸体の周囲に螺旋状に巻回したスクリュー片２５，４５を有するスクリュー軸２６，４６を回転可能に内蔵している。各スクリュー軸２６，４６は，いずれも後方に延設された回転軸２７，４７を有しており，これを回動させるための駆動装置（図示略）に連結されている。なお，符号４８はシール材４９は軸受である。
【００２７】
また，上段のスクリュー押出機２の後端上部には，セラミック材料８０を投入するための投入口２３を設けてある。
一方，下段のスクリュー押出機４の先端には，抵抗管１７等を介して成形型１１を配設してある。この成形型１１は上記ハニカム構造体８を成形するものであり，多数の格子状のスリットを有している。
【００２８】
また，上下段のスクリュー押出機２，４は，真空室１５を介して連結されている。真空室１５は，図１，図２に示すごとく，上段のスクリュー押出機２の先端の上記中間型２１を内部に露出させた状態で設けてあると共に，その下方に上記押込ローラ３を内蔵し，さらに下段のスクリュー押出機４の後端部上方に連通するよう設けてある。そして，この真空室１５は，真空ポンプ１５１により真空引きされて減圧状態に保たれるよう構成されており，この部屋を通過する中間成形材８２を脱気する役割を果たす。
【００２９】
上記押込ローラ３は，図１，図２に示すごとく，左右一対の構造を有しており，それぞれ左右対称の歯形形状を有している。この押込ローラ３も後方に延設された回転軸３５を有しており，これをシール材３６および軸受３７により保持してなる。また，回転軸３５はこれを駆動するための駆動装置（図示略）に連結されている。
【００３０】
次に，本例の作用につき説明する。
本例においてセラミック成形体８を成形するに当たっては，上段のスクリュー押出機２における材料投入口２３から順次セラミック材料８０を投入する。投入されたセラミック材料８０は，上段のスクリュー押出機２におけるスクリュー軸２６の回転によって，混練されながら徐々に前方へ押し進められ，中間型２１から複数の中間成形材８２として押し出される。
【００３１】
ここで，本例においては，中間型２１の前方に上記分散樋５を設けてある。そのため，分散樋５の上方から押し出された中間成形材８２は，分散樋５により受け止められ，その上を通過して前方に進む。そして，分散樋５の先端部を越えてから下方に方向を向けて落下していく。一方，分散樋５よりも下方から押し出された中間成形材８２は，押し出された直後に下方に方向を変えて落下していく。
【００３２】
そのため，上段のスクリュー押出機２から押し出された中間成形材８２のうち，ほぼ半分は従来と同様の中間型２１の直下近傍に，残り半分は，分散樋５の先端の直下近傍にそれぞれ分散された状態で落下していく。
これにより，上記押込ローラ３への中間成形材８２の噛み込みは，一箇所に集中することなく分散して行われる。そのため，押込ローラ３への中間成形材８２（セラミック材料８０）の供給と，噛み込み量すなわち下段のスクリュー押出機４への供給量とのバランスを容易にとることができる。
【００３３】
また，下段のスクリュー押出機４にバランスよく安定して供給されたセラミック材料８０は，スクリュー押出機４内においてさらに混練されながら徐々に押し進められる。そして，スクリュー押出機４の先端の成形型１１を通過することにより，所望形状のセラミック成形体（ハニカム構造体）８に押出成形される。
【００３４】
このように，本例においては，上記分散樋５を設けることにより，下段のスクリュー押出機４への中間成形材８２の供給を安定して行うことができ，スムーズな押出成形を実現することができる。
【００３５】
実施形態例２
本例は，図５（ａ）（ｂ）に示すごとく，実施形態例１における分散樋５に代えて２つの分散樋６１，６２を上下に設けた例である。上方の分散樋６１は，下方の分散樋６２よりも長く設けた。また，各分散樋６１，６２の構造は，いずれも実施形態例１の分散樋５と同様とし，その長さだけを変更したものである。その他は実施形態例１と同様である。
【００３６】
この場合には，図５（ａ）に示すごとく，上記中間成形材８２の落下位置を３箇所に分散させることができる。そのため，さらに，押込ローラ３への中間成形材８２の供給と，下段のスクリュー押出機４への供給量とのバランスをとることができ，押出成形性の向上を図ることができる。特にスクリュー押出機２の径および中間型２１が大きく押し出される中間成形材８２が多い場合に特に有効である。その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
実施形態例３
本例は，図６（ａ）〜（ｄ）に示すごとく，上記実施形態例１，２の他の実施形態例として，分散樋６１〜６３の配設位置等を変更した例を示す。
同図（ａ）は，３つの分散樋６１〜６３を長い順に上から並べ，それぞれ略水平状に配設した例である。
同図（ｂ）は，上下２つの分散樋６１，６２をいずれも前方を若干上方に向けて傾斜させた例である。
同図（ｃ）は，上下２つの分散樋６１，６２をいずれも前方を若干下方に向けて傾斜させた例である。
同図（ｄ）は，上下２つの分散樋６１，６２を中間型の上方に偏らせて配設した例である。
【００３８】
これらの例は，中間成形材８２の落下状態にそれぞれ異なった影響を与えることができる。そのため，個々に特徴が異なる押出成形装置に本発明を適用する場合に，より最適な状態を得ることができる。
【００３９】
実施形態例４
本例においては，実施形態例１の押出成形装置１の優れた点を，従来例および比較例と比較してさらに明らかにした。
比較例としては，図７（ｂ）〜（ｅ）に示すごとく，上段のスクリュー押出機２の先端において，上記分散樋５に代えて種々の工夫を行った４例（Ｃ２〜Ｃ５）をあげた。
【００４０】
同図（ａ）の従来例Ｃ１は，上述したごとく，中間型２１の前方に何ら工夫を凝らさず，水平方向に押し出された中間成形材８２をすべて自由落下させたものである。
同図（ｂ）の比較例Ｃ２は，中間型２１に代えて円筒状のキャップ７１を取付け，さらにキャップ７１の下面部に縦長のスリット７１１を設けた例である。この場合には，同図に示すごとく，断面形状Ｓが長方形のシート状の中間成形材８２を連続的に下方に落下させることができる。
【００４１】
同図（ｃ）の比較例Ｃ３は，上記比較例Ｃ２の円筒状キャップ７１に代えて，円錐状のキャップ７２を用いた例である。キャップ７２には，その下面側に複数の円形の成形孔７２１を下方に向けて設けてある。この場合には，同図に示すごとく，ひも状の中間成形材８２を最初からほぼ均一に分散させた状態で落下させることができる。
【００４２】
同図（ｄ）の比較例Ｃ４は，上記比較例Ｃ２の円筒状キャップ７１に代えて，円筒状のキャップ７３の先端下部にテーパ面７３０を設け該テーパ面７３０に複数の円形の成形孔７３１を下方に向けて設けてある。この場合にも比較例Ｃ２と同様に，同図に示すごとく，ひも状の中間成形材８２を最初からほぼ均一に分散させた状態で落下させることができる。
【００４３】
同図（ｅ）の比較例Ｃ５は，上記中間型２１の前面において押し出された中間成形材８２を順次チップ状に切断するよう構成した例である。中間成形材８２の切断には，二股に開いた保持部７４１を有し，該保持部７４１の間に細いワイヤ７４２を張った回転可能な治具７４を用いる。即ち，この治具７４を中間型２１の前方に配設し，上記細いワイヤ７４２をプロペラのように回す。これにより，押し出されたひも状の中間成形材８２は，次々にワイヤ７４２により切断されてチップ状となる。チップ状となった中間成形材８２は，自由度が向上し，押込ローラ３上に比較的均一に分散して供給される。
【００４４】
次に，従来例Ｃ１，比較例Ｃ２〜Ｃ５と，上述した実施形態例１の押出成形装置１（Ｅ１とする）とについて，次の項目の評価を行った。
評価項目は，押込ローラ３への中間成形材８２の噛み込み安定性，品質不良となる乾粉発生の有無，上段のスクリュー押出機２における圧力損失についてである。ここで，上記乾粉とは，セラミック材料が乾燥して固まった粉状のものである。この乾粉がセラミック材料８０に混じっている場合には，これが最終の押出成形において品質不良を起こす要因となりうる。
【００４５】
評価結果を表１に示す。
評価は，良好で問題ない場合を○，若干問題がある場合を△，成形状の大きなトラブルの原因となる場合を×として示した。
表１より知られるごとく，従来例Ｃ１は噛み込み安定性に大きな問題があった。また，比較例Ｃ２〜Ｃ４については，噛み込み安定性は良好であるが，圧力損失が非常に大きくなると共に，出力の位置により成形圧が異なるため，成形品のサイズ等にばらつきが生じるという点に問題がある。
【００４６】
また，比較例Ｃ５は，噛み込み安定性および圧力損失については問題ないが，ワイヤに付着するセラミック材料８０によって多量の乾粉が生じるという問題がある。
これに対し，本発明品Ｅ１（実施形態例１）の場合には，すべての評価項目において良好であった。
【００４７】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，押出成形装置の構成を示す説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施形態例１における，分散樋の形状を示す説明図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図５】実施形態例２における，（ａ）押出成形装置の構成を示す説明図，（ｂ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図。
【図６】実施形態例３における，分散樋の配設位置等を変更した例（ａ〜ｄ）を示す説明図。
【図７】実施形態例４における，（ａ）従来例，（ｂ〜ｅ）比較例を示す説明図。
【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，ハニカム構造体（セラミック成形体）の斜視図。
【符号の説明】
１．．．押出成形装置，
１１．．．成形型，
１５．．．真空室，
２，４．．．スクリュー押出機，
２１．．．中間型，
３．．．押込ローラ，
５，６，６１〜６３．．．分散樋，
８．．．セラミック成形体，
８０．．．セラミック材料，
８２．．．中間成形材，

Claims

セラミック材料を連続的に押し出すためのスクリュー押出機を少なくとも上下２段連ねてなると共に，下段のスクリュー押出機の先端に設けた成形型から所望形状のセラミック成形体を押出成形するよう構成してなる押出成形装置において，
上段のスクリュー押出機の先端には，上記セラミック材料を複数のひも状の中間成形材として略水平方向に押し出す中間型を設けてあり，
該中間型の下方には，落下してくる上記中間成形材を噛み込ませて下段のスクリュー押出機に供給するための押込ローラを配設してあり，
かつ，上記上段のスクリュー押出機の上記中間型の前方には，上記複数の中間成形材の一部を受けて通過させその落下位置を前方に変更するための分散樋を設けて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。
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押出成形装置。
請求項１又は２において，上記分散樋は，前方にいくに従って徐々に幅広となる末広がり形状を有していることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜３のいずれか１項において，上記分散樋は，上記中間型に面する端部に，上記中間成形材を上記分散樋上を通過させずに落下させるための切り欠き部を設けて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。
請求項４において，上記分散樋の上記切り欠き部に面する端面は，下面を削り取ったテーパ形状に設けて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。
請求項１〜５のいずれか１項において，上記分散樋は，上下に複数設けてあり，かつ，上方の分散樋を下方の分散樋よりも長く設けて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。