JP4337882B2 - ハニカム構造体成形用金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体の押出成形に用いられるハニカム構造体成形用金型の製造方法に関する。

例えば、自動車の排ガス浄化フィルター等に用いられるセラミック製のハニカム構造体は、ハニカム構造体成形用金型（以下、適宜、単に金型という）を用いて、セラミックス原料を含む材料を押出成形することにより製造される。

上記金型としては、材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有する金型が用いられていた（特許文献１及び特許文献２参照）。
このような金型の作製にあたっては、まず、金型の材料となる金型素材を準備し、この金型素材の一方の面からドリル加工により、金型素材を貫通しない深さまで上記供給穴を形成し、次いで、もう一方の面から、円形薄刃砥石を用いて研削加工を行い、供給穴に連結する上記スリット溝を格子状に形成していた。

しかしながら、従来の製造方法においては、スリット溝の形成時に大きな研削抵抗が発生する。そのため、研削加工時に円形薄刃砥石が破損してしまうおそれがあった。また、研削加工中に円形薄刃砥石が傾き、形成するスリット溝にうねりが発生するおそれがあった。そのため、例えば設計図通りに、所望の形状のハニカム構造体成形用金型を作製することが困難であった。

特許第３７５０３４８号公報 特許第３８１４８４９号公報

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、スリット溝形成時の砥石の破損を防止できると共に、スリット溝のうねりを防止できるハニカム構造体成形用金型の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型の製造方法において、
上記供給穴を設ける穴加工面と、上記スリット溝を形成するスリット加工面とを表裏に有する金型素材を準備する準備工程と、
上記金型素材の上記穴加工面側から上記スリット加工面側へ向けて、上記金型素材を貫通しない深さの上記供給穴を形成する供給穴形成工程と、
上記金型素材の上記スリット加工面側から上記供給穴に連通する上記スリット溝を形成するスリット溝形成工程とを有し、
該スリット溝形成工程においては、円形薄刃砥石により上記スリット加工面から上記供給穴に連通しない深さまで研削加工を行って非連通スリット溝を形成する非連通研削過程と、上記非連通スリット溝から上記供給穴に連結するまで研削加工を行って上記スリット溝を形成する連通研削過程とを行い、
上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも上記金属素材の上記スリット加工面から内部へ上記円形薄刃砥石を進入させて研削加工を行い、
上記非連通研削過程と上記連通研削過程とでは、上記円形薄刃砥石を交換して研削加工を行い、上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも厚みの小さな上記円形薄刃砥石を用いて研削加工を行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法にある（請求項１）。

本発明において最も注目すべき点は、上記スリット溝形成工程において上記非連通研削過程と上記連通研削過程とを行うことにある。
本発明においては、上記供給穴に連通する上記スリット溝を形成する際に、まず、上記非連通スリット溝を形成し（上記非連通研削過程）、次いで、該非連通スリット溝から上記供給穴に連通するまで研削加工を行って上記スリット溝を形成する（上記連通研削過程）。即ち、上記スリット溝を一回の研削により作製するのではなく、比較的浅い深さ、即ち上記供給穴に連通しない深さまでの研削（非連通研削工程）、及び供給穴に連結するまでの研削（連通研削工程）という少なくとも２段階の研削に分けて行うことにより、上記スリット溝を形成する。そのため、スリット溝形成時の研削抵抗を小さくすることができる。

一般に、断続加工においては、研削抵抗が大きくなり円形薄刃砥石への負担が大きくなりやすい。そのため、ハニカム構造体成形用金型のスリット溝形成時に、従来のように、円形薄刃砥石を素材表面から比較的大きな深さで進入させつつ断続加工を行うと、円形薄刃砥石への負担が大きくなり、円形薄刃砥石が破損し易くなる。また、研削抵抗が大きくなるため、形成したスリット溝にうねりが発生するおそれがある。

本発明においては、上記のごとく、上記スリット溝形成工程を上記非連通研削過程及び上記連通研削過程という少なくとも２段階の研削で行っている。そのため、研削抵抗を低減させることができ、砥石の破損を防止できると共に、スリット溝のうねりを防止することができる。それ故、所望の形状のハニカム構造体成形用金型を簡単に作製することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明の製造方法においては、上記準備工程と、上記供給穴形成工程と、上記スリット溝形成工程とを行うことにより、上記ハニカム構造体成形用金型を作製する。
上記準備工程においては、上記供給穴を設ける穴加工面と、上記スリット溝を形成するスリット加工面とを表裏に有する金型素材を準備する。
上記金型素材としては、ＳＫＨ（高速度工具鋼）、ＳＫＤ（合金工具鋼）、ステンレス、アルミニウム合金、チタン、インコネル、ハステロイド、ステライト、超硬合金、サーメット等の金属又はそれに類する素材を用いることができる。

上記供給穴形成工程においては、上記金型素材の上記穴加工面側から上記スリット加工面側へ向けて、上記金型素材を貫通しない深さの上記供給穴を形成する。
上記供給穴は例えばドリル等によって形成することができる。また、ドリル加工の深さ（供給穴の深さ）は、作製しようとする金型に応じて任意に選定することができる。

上記スリット溝形成工程においては、上記金型素材の上記スリット加工面側から上記供給穴に連通する上記スリット溝を形成する。上記スリット溝形成工程は、上記非連通研削過程と上記連通研削過程とを行うことによって実施することができる。

上記非連通研削過程においては、円形薄刃砥石により上記スリット加工面から上記供給穴に連通しない深さまで研削加工を行って非連通スリット溝を形成する。このときの研削加工の深さは、上記供給穴に連通しない深さであれば任意に選定することができる。
好ましくは、可能な限り上記供給穴に近い深さまで研削を行うことがよい。この場合には、上記連通研削過程における研削抵抗をより小さくすることができる。そのため、研削中に円形薄刃砥石が傾いたり、円形薄刃砥石が破損したりすることをより抑制することができる。

また、上記非連通研削過程は、１回又は２回以上に分けて行うことができる。
２回以上に分けて行うと、上記非連通研削過程における研削抵抗を小さくすることができる。そのため、研削加工時に円形薄刃砥石が蛇行してスリット溝にうねりが発生することをより一層防止できると共に、円形薄刃砥石への負担をより一層減らすことができる。その一方で、工数が増えてしまうため、コストが増加するおそれがある。そのため、上記非連通研削過程においては、３回以下の研削で上記非連通スリット溝を形成することが好ましい。

上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも上記金属素材の上記スリット加工面から内部へ上記円形薄刃砥石を進入させて研削加工を行うことが好ましい。
この場合には、上記連通研削過程において、上記非連通研削過程で形成した上記非連通スリット溝から上記供給穴に連結する上記研削加工を容易に行うことができる。

また、上記非連通研削過程と上記連通研削過程とでは、上記円形薄刃砥石を交換して研削加工を行うことが好ましい。
この場合には、円形薄刃砥石の破損によって、形成しようとするスリット溝にうねり等の不具合が発生することより一層防止することができる。

上記非連通研削過程及び上記連通研削過程においては、上記円形薄刃砥石と、該円形薄刃砥石の両側面を狭持する円形薄刃砥石よりも小さな径のフランジとを有する研削工具を用いて研削加工を行うことが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記円形薄刃砥石の先端部の上記フランジからの突き出し量Ｗ１（Ｗ２）を適宜変更することにより、上記非連通研削過程及び上記連通研削過程における研削加工の深さを簡単に調整することができる（図６及び図７参照）。また、フランジの円周を金属素材の表面（スリット加工面）に当接させて研削加工を行うと、突き出し量が研削加工の深さとほぼ等しくなるため、より簡単に研削加工の深さを調整することができる（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。

また、上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも円形薄刃砥石先端部の上記フランジからの突き出し量が大きい上記研削工具を用いて研削加工を行うことが好ましい（請求項３）
この場合には、上記非連通研削過程における上記非連通スリット溝の形成と上記連通研削過程における上記スリット溝の形成とを簡単に行うことができる。
上記非連通研削過程において用いる上記研削工具の円形薄刃砥石先端部の付き出し量Ｗ１及び上記連通研削過程において用いる上記研削工具の円形薄刃砥石先端部の突き出し量Ｗ２は、作製しようとするハニカム構造体成形用金型に応じて適宜選定することができる。

また、上記円形薄刃砥石としては、一般に、厚み６０〜３００μｍ程度の円盤状の砥石が用いられる。
上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも厚みの小さな上記円形薄刃砥石を用いて研削加工を行うことが好ましい。
即ち、上記非連通研削過程において用いる上記円形薄刃砥石の厚みをＤ１、上記連通研削過程において用いる上記円形薄刃砥石の厚みをＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２であることが好ましい。
Ｄ１＝Ｄ２の場合には、上記連通研削過程において、上記非連通研削過程において形成した上記非連通スリット溝から研削を行うことが困難になるおそれがある。またＤ１＜Ｄ２の場合には、上記非連通スリット溝から研削を行うことが不可能になるおそれがある。

上記非連通研削過程において用いる上記円形薄刃砥石の厚みＤ１と、上記連通研削過程において用いる上記円形薄刃砥石の厚みＤ２との差Ｄ１−Ｄ２は、０．１〜１０μｍであることが好ましい（請求項４）。
Ｄ１−Ｄ２＜０．１μｍの場合には、上記連通研削過程において、円形薄刃砥石を非連通研削溝の底部に挿入させることが困難になるおそれがある。そのため、上記非連通スリット溝からの研削をスムーズに行うことが困難になるおそれがある。一方、Ｄ１−Ｄ２＞１０μｍの場合には、形成される上記スリット溝に比較的大きな段差が発生し、上記ハニカム構造体成形用金型を用いて材料を押出成形する際に、段差部分に応力がかかって成形時に不具合が発生するおそれがある。より好ましくは０．５μｍ≦Ｄ１−Ｄ２≦５μｍがよく、さらに好ましくは１μｍ≦Ｄ１−Ｄ２≦２μｍがよい。

次に、本発明の実施例について図１〜図７を用いて説明する。
本例においては、ハニカム構造体成形用金型を製造する。
図１及び図２に示すごとく、本例において作製するハニカム構造体成形用金型１（以下、適宜、単に金型１という）は、例えばセラミックス原料等を含む材料を押出成形して、ハニカム構造体を成形するために用いられる金型１である。金型１は、材料を供給するための供給穴１２と、供給穴１２に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝１３とを有する。

本例においては、準備工程と、供給穴形成工程と、スリット溝形成工程とを行うことにより、金型１を製造する。
準備工程においては、供給穴を設ける穴加工面１２０と、スリット溝を形成するスリット加工面１３０とを表裏に有する金型素材１１を準備する（図３参照）。
供給穴形成工程においては、金型素材１１の穴加工面１２０側からスリット加工面１３０側へ向けて、金型素材１１を貫通しない深さの供給穴１２を形成する（図４参照）。
また、スリット溝形成工程においては、非連通研削過程（図５（ａ）参照）及び連通研削過程（図５（ｂ）参照）を行うことにより、金型素材１１のスリット加工面１３０側から円形薄刃砥石２５、２６によって研削加工を行い供給穴１２に連通するスリット溝１３を形成する。
非連通研削過程においては、円形薄刃砥石２５によりスリット加工面１３０から供給穴１２に連通しない深さまで研削加工を行って非連通スリット溝１３５を形成する（図５（ａ）参照）。また、連通研削過程においては、円形薄刃砥石２６により非連通スリット溝１３５から供給穴１２に連結するまで研削加工を行ってスリット溝１３を形成する（図５（ｂ）参照）。
以下、本例の製造方法を詳細に説明する。

＜準備工程＞
図３に示すごとく、まず、供給穴を設ける穴加工面１２０と、スリット溝を形成するスリット加工面１３０とを表裏に有する金型素材１１を準備した。この金型素材１１としては、ＳＫＤ６１よりなる鋼版を準備した。また、金型素材１１には、周囲より突出したスリット加工面１３０を予め研削加工により設けてある。金型素材１１において、穴加工面１２０からスリット加工面１３０までの厚みは１６．５ｍｍである。

＜供給穴形成工程＞
次に、図４に示すごとく、金型素材１１の穴加工面１２０に、所定の深さの供給穴１２を形成した。本例においては、超硬ドリルを用いて、穴加工面１２０から１３．９ｍｍの深さまでドリル加工を行って供給穴１２を形成した。供給穴１２は、スリット加工面１３０における突出部分の底部に若干進入する程度の深さまで形成した。この時点では、穴加工面１２０とスリット加工面１３０は貫通していない。

＜スリット溝形成工程＞
次いで、図５（ａ）及び（ｂ）に示すごとく、金型素材１１のスリット加工面１３０側から円形薄刃砥石２５、２６によって研削加工を行い供給穴１２に連通するスリット溝１３を形成する。
スリット溝形成工程においては、非連通研削過程と連通研削過程とを行う。
非連通研削過程及び連通研削過程においては、図６及び図７に示すごとく、２枚の円盤状のフランジ２１、２２に挟まれた円形薄刃砥石２５（２６）を有する研削工具２を用いて研削加工を行う。本例においては、径及び厚みが異なる円形薄刃砥石を備えた研削工具を、非連通研削過程と連通研削過程とにおいて交換して用いる。
具体的には、非連通研削過程においては、突き出し量Ｗ１＝２．０ｍｍ、厚みＤ１＝１１３μｍの円形薄刃砥石２５を備えた研削工具２（以下、適宜、研削工具Ａという）を用いた。また、連通研削過程においては、突き出し量Ｗ２＝３．４４ｍｍ、厚みＤ２＝１１２μｍの円形薄刃砥石２６を備えた研削工具２（以下、適宜、研削工具Ｂという）を用いた。

図５（ａ）に示すごとく、非連通研削過程においては、研削工具２（研削工具Ａ）の円形薄刃砥石２５によりスリット加工面１３０から供給穴１２に連通しない深さまで研削加工を行い、非連通スリット溝１３５を形成した。この非連通研削過程においては、円形薄刃砥石２５の突き出し量Ｗ１＝２．０ｍｍの研削工具Ａを用いているため、フランジ２１、２２と金属素材１１のスリット加工面１３０とを当接させて研削加工を行えば、スリット加工面からの２．０ｍｍの深さまでの研削加工を行うことができ、非連通スリット溝１３５を形成することができる。このようにして、金属素材１１のスリット加工面面１３０に、四角形格子状の非連通スリット溝１３５を形成した。

次に、図５（ｂ）に示すごとく、連通研削過程においては、研削工具２（研削工具Ｂ）の円形薄刃砥石２６を非連通スリット溝１３５内に配置し、非連通スリット溝１３５の底部から研削加工を行い、供給穴に連結する連通スリット１３溝を形成した。この連通研削過程においては、円形薄刃砥石２６の突き出し量Ｗ２＝３．４４ｍｍの研削工具Ｂを用いている。そのため、フランジ２１、２２と金属素材１１のスリット加工面１３０とを当接させて研削加工を行えば、非連通スリット溝１３５の底部からさらに１．４４ｍｍの深さまで研削され、供給穴１２に連通するスリット溝１３を形成することができる。このようにして、スリット加工面１３０に四角形格子状のスリット溝１３を形成した。
その後、スリット加工面１３０を円形上に成形することにより、ハニカム構造体成形用金型１を得た（図１及び図２参照）。

次に、本例の製造方法の作用効果について説明する。
本例においては、上述のごとく、スリット溝を形成するスリット溝形成工程において、非連通研削過程と連通研削過程とを行っている。そして、非連通研削過程においては、図５（ａ）に示すごとく、金属素材１１のスリット加工面１３０から供給穴１２に連通しない深さまで研削加工を行って非連通スリット溝１３５を形成し、次いで、連通研削過程においては、図５（ｂ）に示すごとく、非連通スリット溝１３５から供給穴１２に連通するまで研削加工を行ってスリット溝１３を形成する。即ち、スリット溝１３を一回の研削によって作製するのではなく、比較的浅い深さ、即ち供給穴１２に連通しない深さまでの研削、及び供給穴１２に連結するまでの研削という少なくとも２段階の研削に分けて実施している。
そのため、研削抵抗を小さくすることができ、研削加工中に厚みの小さな円形薄刃砥石２５（２６）が傾いてスリット溝１３にうねりが発生することを防止することができる。また、研削薄刃砥石２５（２６）への負担を低減し、砥石２５（２６）の破損を防止することができる。

これに対し、従来のように、円形薄刃砥石を素材表面から比較的大きな深さで進入させつつ断続加工を行うと、研削抵抗が大きくなるため、形成するスリット溝にうねりが発生するおそれがある。円形薄刃砥石への負担が大きくなり、円形薄刃砥石が破損し易くなる。

本例においては、上述のごとく、スリット溝形成工程を上記非連通研削過程及び上記連通研削過程という少なくとも２段階の研削で行っているため、研削抵抗を低減させることができ、砥石の破損を防止できると共に、スリット溝のうねりを防止することができる。それ故、所望の形状のハニカム構造体成形用金型を簡単に作製することができる。

また、本例においては、連通研削過程において、非連通研削過程よりも金属素材１１のスリット加工面１３０から内部へ深く円形薄刃砥石２６を進入させて研削加工を行っている（図５（ａ）及び（ｂ）参照）。そのため、連通研削過程において、非連通研削過程で形成した非連通スリット溝１３５から供給穴１２に連結する研削加工を容易に行うことができる。

また、本例においては、非連通研削過程と連通研削過程とでは、円形薄刃砥石２５、２６を交換して研削加工を行っている。そのため、円形薄刃砥石２５、２６の摩耗によって、形成しようとするスリット溝１３にうねりが発生することより一層防止することができる（図５（ａ）及び（ｂ）参照）。

また、非連通研削過程及び上記連通研削過程においては、円形薄刃砥石２５（２６）と、その両側面を狭持する円形薄刃砥石２５（２６）よりも小さな径のフランジ２１、２２とを有する研削工具２を用いて研削加工を行っている。そのため、円形薄刃砥石２５（２６）の先端部のフランジ２１、２２からの突き出し量Ｗ１（Ｗ２）を適宜変更することにより、非連通研削過程及び連通研削過程における研削加工の深さを簡単に調整することができる（図６及び図７参照）。また、フランジ２１、２２の円周を金属素材１１の表面（スリット加工面）１３０に当接させて研削加工を行っており、突き出し量が研削加工の深さとほぼ等しくなるため、より簡単に研削加工の深さを調整することができる（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。

また、本例の連通研削過程においては、非連通研削過程よりも円形薄刃砥石２６の先端部のフランジ２１、２２からの突き出し量が大きい研削工具２を用いて研削加工を行っている。そのため、非連通研削過程における非連通スリット溝１３５の形成と連通研削過程におけるスリット溝１３の形成とを簡単に行うことができる（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。

また、本例の連通研削過程においては、非連通研削過程よりも厚みの小さな上記円形薄刃砥石を用いて研削加工を行っている。即ち、図６及び図７に示すごとく、非連通研削過程において用いる円形薄刃砥石２５の厚みをＤ１、連通研削過程において用いる円形薄刃砥石２６の厚みをＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満足する。さらに、本例においては、Ｄ１とＤ２との差Ｄ１−Ｄ２は、０．１〜１０μｍの範囲にある。そのため、図５（ｂ）に示すごとく、連通研削過程においては、非連通スリット溝１３５の底部に円形薄刃砥石２６をスムーズに挿入させることができ、非連通スリット溝１３５の底部からの研削を簡単に開始することができる。また、スリット溝１３に大きな段差が発生することを防止することができる。

実施例にかかる、ハニカム構造体成形用金型をスリット溝側から観察した様子を示す説明図。 実施例にかかる、ハニカム構造体成形用金型の構造を図１のＡ−Ａ線矢視断面からみた説明図。 実施例にかかる、金型素材の全体を示す斜視図。 実施例にかかる、供給穴を形成した金型素材の断面を示す説明図。 実施例にかかる、非連通研削過程をスリット溝と平行な断面からみた様子を示す説明図（ａ）、及び連通研削過程をスリット溝と平行な断面からみた様子を示す説明図（ｂ）。 実施例にかかる、研削工具を円形薄刃砥石の側面から見た様子を示す説明図。 実施例にかかる、研削工具を円形薄刃砥石の厚み方向と垂直な方向から見た様子を示す説明図。

符号の説明

１ ハニカム構造体成形用金型
１１ 金属素材
１２ 供給穴
１２０ 穴加工面
１３ スリット溝
１３０ スリット加工面
１３５ 非連通スリット溝
２５ 円形薄刃砥石

Claims (4)

1. 材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型の製造方法において、
   上記供給穴を設ける穴加工面と、上記スリット溝を形成するスリット加工面とを表裏に有する金型素材を準備する準備工程と、
   上記金型素材の上記穴加工面側から上記スリット加工面側へ向けて、上記金型素材を貫通しない深さの上記供給穴を形成する供給穴形成工程と、
   上記金型素材の上記スリット加工面側から上記供給穴に連通する上記スリット溝を形成するスリット溝形成工程とを有し、
   該スリット溝形成工程においては、円形薄刃砥石により上記スリット加工面から上記供給穴に連通しない深さまで研削加工を行って非連通スリット溝を形成する非連通研削過程と、上記非連通スリット溝から上記供給穴に連結するまで研削加工を行って上記スリット溝を形成する連通研削過程とを行い、
   上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも上記金属素材の上記スリット加工面から内部へ上記円形薄刃砥石を進入させて研削加工を行い、
   上記非連通研削過程と上記連通研削過程とでは、上記円形薄刃砥石を交換して研削加工を行い、上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも厚みの小さな上記円形薄刃砥石を用いて研削加工を行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
2. 請求項１において、上記非連通研削過程及び上記連通研削過程においては、上記円形薄刃砥石と、該円形薄刃砥石の両側面を狭持する円形薄刃砥石よりも小さな径のフランジとを有する研削工具を用いて研削加工を行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
3. 請求項２において、上記連通研削過程においては、上記非連通研削過程よりも円形薄刃砥石先端部の上記フランジからの突き出し量が大きい上記研削工具を用いて研削加工を行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記非連通研削過程において用いる上記円形薄刃砥石の厚みＤ１と、上記連通研削過程において用いる上記円形薄刃砥石の厚みＤ２との差Ｄ１−Ｄ２は、０．１〜１０μｍであることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。

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