JP4332289B2 - 六角セルハニカム押出金型の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用内燃機関の排気ガスの浄化用触媒担体や、微粒子浄化フィルタ、蓄熱体等に使用されるセラミック材料からなる六角セルハニカムを押出成形するための押出金型の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、蜂の巣構造のハニカムは、コージェライト、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムライト等のセラミック材料によって構成されているが、これらのセラミック材料の粉末を結合材料と混合して坏土とし、押出金型を介して連続的に押出成形することによって製造する手段が最も一般的である。
【0003】
図6は従来使用されている正方形断面のハニカム押出金型の一例を示す要部平面図、図7は図6におけるA−A線断面図である。両図において、1は坏土成形溝であり、成形すべきハニカムの横断面形状と対応する横断面形状を有し、押出金型10の前面(図7における左側)から後面(図7における右側)に向かって所定の深さを有するように、例えば格子状に形成されている。このような坏土成形溝1は、例えば研削刃によって形成することができる。
【0004】
次に2は坏土供給穴であり、前記押出金型10の後面から前面に向かって互いに独立しており、例えばドリルによって円形の横断面形状に形成され、前記坏土成形溝1の所定の交差部において前記坏土成形溝1と重なり合って連通するように複数個が設けられている。なお坏土供給穴2は、前記坏土成形溝1の稜辺部において連通するように設けられているものもある。3は係止用の段付部であり、押出金型10の前面に設けられるが、この段付部3を省略して、押出金型10の前面外周部で支持するように形成したものもある。
【0005】
上記構成の押出金型10を使用して、セラミック材料の粉末と結合材料とを混合してなる坏土を、押出金型10の坏土供給穴2に圧入供給すれば、坏土は坏土成形溝1から押出金型10の前面に押出されて、所定のハニカムを成形することができる。
【0006】
一方、例えば上記自動車用の触媒担体においては、ハニカムの横断面を六角格子状とし、更に格子ピッチを例えば1mm以下とし、かつ格子肉厚を例えば0.2mm以下に形成したものが要求されている。すなわち、上記のような四角セルハニカムにおいては、90°の角隅部に触媒が集中的に付着し、かつ角隅部に存在する触媒の働きが劣るため、鈍角の角隅部とするのが好ましいとされている。更に六角セルハニカムとすることにより、熱応力を逃がし易く熱ショックに対する抵抗力が大となる利点がある。なお周囲から絞め付け荷重を作用させた場合には、四角セルハニカムでは方向による強度の差が大であるが、六角セルハニカムでは方向による強度の差が比較的小であることも有利である。
【0007】
図8は六角セルハニカム用の押出金型の例を示す説明図であり、(a)は要部平面、(b)は要部裏面、(c)は(a)(b)におけるB−B線断面およびC−C線断面を示し、同一部分は前記図6および図7と同一の符号で示す。
【0008】
このような微小寸法の六角セルハニカムを成形するための押出金型を製造するためには高度の技術を要する。つまり四角セルハニカム用の押出金型の場合には、成形溝を研削やワイヤカット法によって直接加工ができるのに対し、六角セルハニカム用の押出金型では上記の手段を直接的に適用できない点にある。
【0009】
上記のような六角セルハニカム用の押出金型を製造する例として、例えば特公平4−74131号公報に記載されるものがある。図9は押出金型製造用の電極の例を示す斜視図、図10は図9の電極による押出金型の製造方法の例を示す要部拡大平面図である。
【0010】
まず図9において、電極4は、例えばグラファイトを素材とし、基部5と突起部6とを一体に形成する。この場合突起部6の板厚t、幅寸法W、高さH、x,y方向におけるピッチPx ,Py は、図10に示すハニカム用の押出金型10における坏土成形溝1に対応させて形成する。一方例えばステンレス鋼からなる所望の形状の押出金型素材10aを準備し(図10参照)、この押出金型素材10aの後面から所定の深さを有する図8に示す坏土供給穴2を形成する。
【0011】
次に図9に示す電極4を使用して放電加工により坏土成形溝1の加工を行なう。すなわち、電極4の突起部6を押出金型素材10aの前面と対向させて位置決めをし、周知の放電加工により、図10に示すように坏土成形溝1の一部(六角形の対向する2辺)を所定深さまで加工する。次に電極4と押出金型素材10aとを水平面内において60°相対回動させて、坏土成形溝1の他の一部(六角形の他の対向する2辺)を加工し、更に電極4と押出金型素材10aとを水平面内において更に60°相対回動させ、坏土成形溝1の残りの部分(六角形の残りの対向する2辺)を加工するのである。
【0012】
また上記六角セルハニカム用の押出金型を製造する他の例として、例えば特開平7−40149号公報に記載されるものがある。図11はこの方法を示す要部斜視図である。図11において、電極4は導電性材料からなる電極プレートにハニカムのセル穴の間隔に応じて複数個の貫通孔を設け、これらの貫通孔にワイヤ電極を挿通し、ワイヤカット放電加工によって、セル穴の形状に相応する六角形状の複数のカット穴を形成し、ハニカム状の電極に形成される。そしてこの電極4を放電電極とし、型彫放電加工によって押出金型の坏土成形溝を形成することを内容とするものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法においては、電極4を構成する多数の突起部6を精度良く形成することが極めて煩雑であると共に、突起部6の板厚tが極めて小であり(例えば0.2mm 程度) 、折損し易いため作業に高度の熟練を要する。また電極の加工に長時間かかる他、坏土成形溝1の加工に3工程を要するため、全体の所要加工時間が極めて長いという問題点がある。
【0014】
次に後者の方法においては、放電電極に形成すべきカット穴の数を成形するハニカムのセル穴の数と同一にする必要があり、例えば120穴/列×100列のハニカム状電極に対しては12000個に及ぶカット穴を形成する必要がある。セル穴間のピッチ寸法が小なるハニカム状電極においては、形成すべき上記カット穴の数は更に増大する。
【0015】
一方上記六角形の横断面を有するカット穴の内周面は、押出金型の坏土成形溝を形成するものであるため、表面あらさを小にかつ高寸法精度に形成されなければならない。このようなカット穴をワイヤカット放電加工で形成するには、例えば1穴当り10〜20分を要するのが通常であり、上記のような膨大な数のカット穴の加工には多大の時間と工数を要し、放電電極の加工コストを高騰させるという問題点がある。
【0016】
また上記両者のように放電電極を使用して押出金型の型彫放電加工を行なう場合には、貫通加工ではなくいわゆる底付加工であるため、加工部位に加工液を円滑に供給することがむずかしく、加工粉の排除もまた円滑に行なわれないこともあり、加工能率の向上が困難であるという問題点もある。
【0017】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、製造が容易かつより短時間に製造できる六角セルハニカム押出金型の製造方法を提供することを課題とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明においては、成形すべき六角セルハニカムの横断面形状に対応する六角格子状の横断面形状を有し押出金型の前面から後面に向かって所定の深さを有する坏土成形溝と、押出金型の後面から前面に向かって相互に独立して形成されかつ前記六角格子状の坏土成形溝の所定の交差部に連通する複数個の坏土供給穴とを備えた六角セルハニカム押出金型の製造方法において、
押出金型素材の後面から前面に向かって途中まで前記坏土供給穴を形成する第1工程と、
前記押出金型素材の前面から後面に向かって前記坏土供給穴と同軸的に連通する成形すべき坏土成形溝の幅寸法より小径のスタート穴を形成する第2工程と、
前記スタート穴にワイヤ電極を挿通して放電加工により坏土成形溝を形成する第3工程とからなり、
前記第3工程においては、ワイヤ電極の走行方向上流側を押出金型素材の前面に沿う方向に所定距離移動させ、坏土成形溝の横断面六角形の3辺に対応するY字状溝を形成し、複数個のY字状溝の端部を連通させる、という技術的手段を採用した。
【0021】
本発明において、第3工程においてワイヤ電極の走行方向下流側をその上流側と逆方向に所定距離移動させることができる。
【0022】
また本発明において、Y字状溝の横断面における交差角を夫々120°に形成することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態における加工中の押出金型素材10aを示す要部平面図、図2は図1におけるD−D線断面図であり、同一部分は前記図6〜11と同一の参照符号で示す。
【0024】
図1において、押出金型素材10aは、例えばステンレス鋼からなる所定寸法の直方体を用い、まず第1工程において、押出金型素材10aの後面から前面に向かって途中まで、例えばドリルにより複数個の坏土供給穴2を形成する。これらの坏土供給穴2は、鎖線によって図示される坏土成形溝1の所定の交差部に設けられる(但し、坏土成形溝1は未だ形成されていない)。
【0025】
次に7はより小径のスタート穴であり、第2工程において、押出金型素材10aの前面から後面に向かって、例えばドリルによって前記坏土供給穴2と同軸的に連通するように形成する(第2工程)。更に第3工程においては、前記スタート穴7にワイヤ電極を挿通して、放電加工により、坏土成形溝1の一部分を構成するY字状溝1aを形成する。なおL,W1 は各々坏土成形溝1の横断面内形輪郭の対辺距離および坏土成形溝1の幅寸法である。
【0026】
図2に示す第3工程において、Tは押出金型素材10aの厚さ寸法、dはY字状溝1aの深さ寸法(坏土成形溝1の深さ寸法と実質的に等しい)である。第3工程においては、図2に示すように、図示省略したスタート穴7にワイヤ電極8を挿通して矢印方向に走行させて放電加工により、Y字状溝1aを形成するのであるが、この場合、ワイヤ電極8の走行方向上流側を押出金型素材10aの前面に沿う方向に所定距離移動させ、坏土成形溝1の横断面六角形の3辺に対応するY字状溝1aを形成する。
【0027】
上記の第3工程において、ワイヤ電極8の走行方向下流側は、ワイヤ電極8の当初の挿通時の状態に保持しておいてもよいが、その上流側と逆方向に所定距離移動させて、図2におけるように傾斜させ、坏土供給穴2の壁面に近接または接触するようにすることができる。このようにワイヤ電極8を傾斜させることにより、押出金型素材10aの切断部分を少なくでき、金型の強度を確保することができる。
【0028】
上記の実施の形態において、例えばワイヤ電極8の直径を0.15mmとし、T=20mm、d=3mm、L=1.2mm 、W1 =0.2mm とした。
【0029】
図3は図1の要部拡大平面図であり、同一部分は図1と同一の参照符号で示す。図3に示すようにY字状溝1aの端部1bを夫々連通させることにより、1個の六角セルに対応する坏土成形溝1が形成される。すなわち、Y字状溝1aの端部1bは、前記図2に示されるように、単独では傾斜した状態に形成されるが、3個の端部1bを夫々連通させることにより、横断面六角形状の坏土成形溝1が形成されるのである。
【0030】
図4は図1および図3におけるY字状溝1aを放電加工する場合の加工態様を示す拡大平面図である。図4において9はワイヤ電極の水平方向の移動経路を示している。図4において、図示省略したワイヤ電極をまずスタート穴7に挿通する。この場合、ワイヤ電極は周知の自動結線手段によって、ワイヤカット放電加工装置の上部ガイドと下部ガイド間に自動的に保持される。次にワイヤ電極を始点9aから例えば左方向に移動させて、前記図2に示すようにY字状溝1aの一部を放電加工する。
【0031】
ワイヤ電極が移動経路9の端部9bに到達した後、前記と逆方向の移動経路9を辿り、始点9aの近傍に返戻させる。次にワイヤ電極の移動経路9を120°変更させて、前記と同様の放電加工を行ない、更にワイヤ電極の移動経路を更に120°変更させて同様の放電加工を行ない、始点9aに復帰させ、所定のY字状溝1aを形成するのである。直径0.15mmのワイヤで成形溝を加工すると、切断部分にはクリアランスがあるのでW1 ≒0.20となる。
【0032】
上記放電加工におけるワイヤ電極の走行方向上流側の移動経路9の設定および制御、ならびにワイヤ電極の走行方向下流側の移動等は、予め入力されたNC制御装置によって自動的に行なわれる。
【0033】
図5は六角格子状の坏土成形溝1を有する押出金型10の他の例を示す要部平面図であり、(a)は坏土成形溝1が偏平六角形状のもの、(b)は坏土成形溝1が非対称六角形状のものを示す。このような形状のものであっても、複数個のY字状溝の夫々の端部を連通させることにより、所定の坏土成形溝1を形成することができ、本発明の適用が可能である。
【0034】
【発明の効果】
本発明は、以上記述のような構成および作用であるから、下記の効果を奏することができる。
【0035】
(1)従来の型彫放電加工によるものと比較して、電極の加工が不要となり加工に要する時間および工数を大幅に短縮することができ、加工コストを顕著に低減することができる。
【0036】
(2)予め電極を製作することなく、押出金型の成形溝を直接的に加工するので、金型の寸法精度を向上させることができる。
【0037】
(3)市販の外径50μmのワイヤ電極の選択により、溝幅80μmのような微細幅寸法の坏土成形溝まで加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における加工中の押出金型素材10aを示す要部平面図である。
【図2】図1におけるD−D線断面図である。
【図3】図1の要部拡大平面図である。
【図4】図1および図3におけるY字状溝1aを放電加工する場合の加工態様を示す拡大平面図である。
【図5】本発明による六角格子状の坏土成形溝1を有する押出金型10の他の例を示す要部平面図であり、(a)は坏土成形溝1が偏平六角形状のもの、(b)は坏土成形溝1が非対称六角形状のものを示す。
【図6】従来使用されている正方形断面のハニカム押出金型の一例を示す要部平面図である。
【図7】図6におけるA−A線断面図である。
【図8】従来の六角セルハニカム用の押出金型の例を示す説明図であり、(a)は要部平面、(b)は要部裏面、(c)は(a)(b)におけるB−B線断面およびC−C線断面を示す。
【図9】従来の押出金型製造用の電極の例を示す斜視図である。
【図10】図9の電極による押出金型の製造方法の例を示す要部拡大平面図である。
【図11】従来の六角セルハニカム用の押出金型の製造方法の他の例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
1 坏土成形溝
1a Y字状溝
2 坏土供給穴
7 スタート穴
8 ワイヤ電極
10a 押出金型素材
Claims (3)
- 成形すべき六角セルハニカムの横断面形状に対応する六角格子状の横断面形状を有し押出金型の前面から後面に向かって所定の深さを有する坏土成形溝と、押出金型の後面から前面に向かって相互に独立して形成されかつ前記六角格子状の坏土成形溝の所定の交差部に連通する複数個の坏土供給穴とを備えた六角セルハニカム押出金型の製造方法において、
押出金型素材の後面から前面に向かって途中まで前記坏土供給穴を形成する第1工程と、
前記押出金型素材の前面から後面に向かって前記坏土供給穴と同軸的に連通する成形すべき坏土成形溝の幅寸法より小径のスタート穴を形成する第2工程と、
前記スタート穴にワイヤ電極を挿通して放電加工により坏土成形溝を形成する第3工程とからなり、
前記第3工程においては、ワイヤ電極の走行方向上流側を押出金型素材の前面に沿う方向に所定距離移動させ、坏土成形溝の横断面六角形の3辺に対応するY字状溝を形成し、複数個のY字状溝の端部を連通させる、
ことを特徴とする六角セルハニカム押出金型の製造方法。 - 第3工程においてワイヤ電極の走行方向下流側をその上流側と逆方向に所定距離移動させることを特徴とする請求項1に記載の六角セルハニカム押出金型の製造方法。
- Y字状溝の横断面における交差角を夫々120°に形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の六角セルハニカム押出金型の製造方法。
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