JP4096443B2 - セラミック成形体の押出成形装置 - Google Patents
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Description
【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 (6)
- 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。
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