JP6046712B2 - ハニカム構造体成形用口金及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[9] 前記スリットの底部の形状が、前記スリットに直交する断面において、平らな形状、平らな形状において角部が直線状に切り取られた形状、外側に凸の曲線状、又は外側に凸のV字状である[1]〜[8]のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。
[11] 前記バッファ部の底部の形状が、前記スリットに直交する断面において、平らな形状、平らな形状において角部が直線状に切り取られた形状、外側に凸の曲線状、又は外側に凸のV字状である[10]に記載のハニカム構造体成形用口金。
本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態について説明する。図1は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態を模式的に示し、スリットが形成された第1の板状部側から見た斜視図である。図2は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態を模式的に示し、裏孔が形成された第2の板状部側から見た斜視図である。図3は、図1に示すハニカム構造体成形用口金の、第1の板状部側の表面の一部を示す拡大平面図である。図4Aは、図3に示すハニカム構造体成形用口金のA−A’断面を示す模式図である。図4Aに示されるハニカム構造体成形用口金は、第1の接合面における穴部の開口部が、第2の接合面における裏孔の開口部と一致するように配置されている状態を示している。
第2の板状部3は、鉄、鋼材、アルミ合金、銅合金、チタン合金及びニッケル合金からなる群から選択される少なくとも一種により形成された板状部材から構成される。鋼材とは、ステンレス鋼、ダイス鋼及びハイス鋼からなる群から選択される少なくとも一種のことである。第2の板状部3の材質としては、これらの中でも、鋼材が好ましく、ステンレス鋼が更に好ましい。尚、本明細書において、「鉄、鋼材、アルミ合金、銅合金、チタン合金及びニッケル合金からなる群から選択される少なくとも一種」のことを「快削材」と称することがある。「快削材」は、炭化タングステン基超硬合金と比較して、容易に研削加工することができる材質(材料)である。第2の板状部3は、スリットが形成されていないため、第1の板状部7に比べて、摩耗の問題が少ない。第2の板状部3は、上記「快削材」により形成されたものであるため、炭化タングステン基超硬合金に比べて、加工性に優れたものである。また、炭化タングステン基超硬合金より、上記「快削材」のほうが安価であるため、製造コストを低下させることが可能である。
上記第2の板状部3には、成形原料を導入するための裏孔5が形成されている。「裏孔5」は、成形原料を導入するための貫通孔(第2の板状部3の両面に開口する孔)である。このハニカム構造体成形用口金1を用いてハニカム構造体を成形する場合に、裏孔5からハニカム構造体の成形原料が導入される。
第1の板状部7は、炭化タングステン基超硬合金製の板状部材から構成される。そして、裏孔5の直径に比べて、スリット9の幅が非常に狭く形成されている。そのため、成形原料を押出成形する際に、裏孔5内の圧力が高くなって、スリット9に応力が集中し、摩耗したり変形したりする等の不具合が生じやすい。そのため、第1の板状部7は、耐摩耗性の高い材料である炭化タングステン基超硬合金によって形成されている。
第1の層7aは、第1の板状部7を構成する一の層であり、第2の板状部3側に配置される層である。第1の層7aには穴部11が形成されている。さらに、第1の層7aは、ビッカース硬度が300〜2000HVであり、ヤング率が200〜600GPaである超硬合金製の層であることが好ましい。第1の層7aは、上記のようなビッカース硬度とヤング率を有する場合、穴部11にかかる応力に耐え得る硬度と、靭性を備えた層となる。そのため、裏孔5から穴部11に流入したセラミック原料の応力によって、第1の板状部7が割れるなどの不具合を防止でき、口金の寿命を長くすることができる。穴部11は、第1の層7aの両面に開孔するように形成されている。
第2の層7bは、第1の板状部7を構成する残りの一の層である。第2の層7bは、第1の層7aに配設された層である。第2の層7bには、スリット9が形成され、スリット9は、第2の層7bの両面に開孔するように形成されている。「第2の層7bの両面」とは、第2の層7bの、第1の層7aに接する(接合している)面と、当該「第1の層7aに接する面」に対して反対側(裏側)の面との両方の面を意味する。スリットの成形原料吐出口を、スリット9の開口部9aと称する。さらに、第2の層7bは、ビッカース硬度が500〜3000HVであり、ヤング率が400〜700GPaであることが好ましい。第2の層7bは、上記のようなビッカース硬度とヤング率を有する場合、スリット9にかかる応力に耐え得る靭性及び硬度を備えた層となる。そのため、スリット9の変形や磨耗を防ぐことができる。
さらに、本実施形態のハニカム構造体成形用口金は、第2の層7bのビッカース硬度とヤング率が、第1の層7aのビッカース硬度とヤング率よりも大きいものであることが好ましい。すなわち、第2の層7bのビッカース硬度が、第1の層7aのビッカース硬度よりも大きく、第2の層7bのヤング率が、第1の層7aのヤング率よりも大きいことが好ましい。このような関係にすることで、スリット9が形成された第2の層7bが、摩耗し難いものとなり、穴部11が形成された第1の層7aが、割れ難いものとなる。そして、磨耗を抑制する第2の層7bと、割れを抑制する第1の層7aとにより、ハニカム構造体成形用口金の寿命を、より長くすることができる。
第1の板状部7には、穴部11に連通し、成形原料を成形するためのスリット9が形成される。スリットは、第1の板状部7に形成された隙間(切れ込み)である。裏孔5から導入された成形原料が、ハニカム構造体成形用口金内で上記スリット9に入り、さらに、スリット9の開口部9aから成形原料が押し出されて、ハニカム形状の成形体が形成される。
さらに、第1の板状部7の第1の層7aには、「穴部11」が形成されている。この「穴部11」は、第2の板状部3に形成される裏孔5、及び、第1の板状部7に形成されるスリット9に連通するように形成される。また、この「穴部11」は、第1の板状部7の第1の層に形成された貫通孔である。すなわち、「穴部11」は、第2の層の「第2の板状部に接する側の面(第1の板状部7の第1の接合面10)」に開口するとともに、第2の層の「第1の層に接する側の面(第2の層の一方の面7ba)」に開口する貫通孔である。第1の接合面10は、図4Aに示されるように、第1の板状部7の、第2の板状部3に接合されている(接している)面である。このような「穴部11」が形成されることにより、第2の板状部3に形成された裏孔5から導入された成形原料が、この「穴部11」を通過して、上記スリット9に入る。そして、スリットの開口部9aから成形原料が押し出され、ハニカム形状の成形体(ハニカム構造体)が形成される。
図4Aに示されるように、本実施形態のハニカム構造体成形用口金1は、第1の接合面10における「穴部の開口部11a(円形)」の直径d1が、第2の接合面6における「裏孔の開口部5a(円形)」の直径D1と同じ大きさに形成されている。ここで、第2の接合面6は、図4Aに示されるように、第2の板状部3の、第1の板状部7に接合されている(接している)面である。
次に、本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態について説明する。本実施形態のハニカム構造体成形用口金1Aは、以下のとおりである。すなわち、図4Bに示されるように、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態(図4Aを参照)において、第1の接合面10における穴部の開口部11aの直径d1が、第2の接合面6における裏孔の開口部5aの直径D1とは異なる大きさである。更に、本実施形態のハニカム構造体成形用口金1Aは、図4Bに示されるように、第1の接合面10における穴部11の開口部の直径d1は、第2の接合面6における上記裏孔5の開口部の直径D1よりも大きく形成されている。そして、第1の接合面10における穴部の開口部11aの内側に、第2の接合面6における裏孔の開口部5aが位置するように、穴部の開口部11aと裏孔の開口部5aとが配置されている。そのため、穴部11内の成形原料が均一な流れになり、均一な圧力でスリット内に導入される。これにより、成形されるハニカム形状の成形体の形状が変形することを防止することができる。図4Bは、本発明のハニカム構造体成形用口金の他の実施形態の「厚さ方向に平行な断面」を示す模式図である。
次に、本発明のハニカム構造体成形用口金の更に他の実施形態について説明する。本実施形態のハニカム構造体成形用口金1Bは、以下のとおりである。すなわち、図4Cに示されるように、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態(図4Aを参照)において、第1の接合面10における穴部の開口部11aの直径d1が、第2の接合面6における裏孔の開口部5aの直径D1とは異なる大きさである。更に、本実施形態のハニカム構造体成形用口金1Bは、図4Cに示されるように、第2の接合面における上記裏孔5の開口部の直径D1は、第1の接合面における穴部11の開口部の直径d1よりも大きく形成されている。そして、第2の接合面6における裏孔の開口部5aの内側に、第1の接合面10における穴部の開口部11aが位置するように、穴部の開口部11aと裏孔の開口部5aとが配置されている。そのため、穴部11内の成形原料が均一な流れになり、均一な圧力でスリット内に導入される。これにより、成形されるハニカム形状の成形体の形状が変形することを防止することができる。図4Cは、本発明のハニカム構造体成形用口金の更に他の実施形態の「厚さ方向に平行な断面」を示す模式図である。
次に、図1〜図4Aに示される本発明のハニカム構造体成形用口金(ハニカム構造体成形用口金1)を製造する方法である、本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法の一の実施形態について説明する。本発明のハニカム構造体成形用口金を製造するハニカム構造体成形用口金の製造方法は、以下の通りである。すなわち、当該製造方法は、「快削材により形成されるとともに、成形原料を導入するための裏孔が形成された第2の板状部材」と、第1の板状部材とを接合し、ハニカム構造体成形用口金を製造する方法である。第1の板状部材は「第1の層」及び「第1の層に配設された第2の層」から構成されている。第1の層は、ビッカース硬度300〜2000HV、ヤング率200〜600GPaの炭化タングステン基超硬合金製である。第2の層は、ビッカース硬度500〜3000HV、ヤング率400〜700GPaの炭化タングステン基超硬合金製である。第1の層には、両面に開孔するように穴部が形成されている。また、第2の層には、両面に開孔するようにスリットが形成されている。また、第2の層のビッカース硬度及びヤング率が、第1の層のビッカース硬度及びヤング率よりも大きい。上記のような方法でハニカム構造体成形用口金を製造することにより、得られたハニカム構造体成形用口金の寿命が長くなる。
快削材により形成された円板に、複数の裏孔5(貫通孔)を形成して、第2の板状部材を作製する(工程(1))。裏孔5の「開口部の直径」等の各条件は、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態において好ましいとされた条件とすることが好ましい。
第1の板状部材は、第1超硬合金板と第2超硬合金板とを接合することにより作製することが好ましい。そして、第1超硬合金板は、ビッカース硬度300〜2000HV、ヤング率200〜600GPaの炭化タングステン基超硬合金製の板に、穴部になる複数の穴部形成用貫通孔を形成することにより、作製されることが好ましい。穴部形成用貫通孔は、「作製されるハニカム構造体成形用口金における」穴部になる部分である。また、第2超硬合金板は、ビッカース硬度500〜3000HV、ヤング率400〜700GPaの炭化タングステン基超硬合金の板であることが好ましい。上記のように、あらかじめ貫通孔が形成された第1超硬合金板に第2超硬合金板を接合して第1の板状部材を作製することにより、穴部が形成されていない板状の部材に穴部を形成する場合と比べて、製造時間が大幅に短縮される。これは、板状の部材に穴部(板状部材の片面のみに開孔している窪み)を形成する時間よりも、板状の部材に貫通孔を形成する時間のほうが、短くすることが可能であるからである。
まず、ステンレス鋼(SUS303)製の板状部材(第2の板状部材)に、直径(板状部材の厚さ方向に直交する断面における直径)2mmの裏孔(貫通孔)を放電加工(EDM加工)によって2000個形成した。裏孔の形状は、円柱状(板状部材の厚さ方向に直交する断面が円形)とした。これにより、「第2の接合面における裏孔の開口部の直径」は、2mmとなる。第2の板状部材の形状は、直径200mmの円板形状とした。また、第2の板状部材の厚さは、50mmであった。裏孔を形成した領域(裏孔形成領域)は、第1の板状部材の中心を中心とした、円形状の領域であって、その直径が150mmの領域とした。裏孔のピッチは5mmとした。
セラミック原料として、アルミナ、タルク及びカオリンの混合物を用いる。当該混合物に、有機バインダを混合し、水を添加して混練し、真空土練機により坏土(成形原料)を作製する。得られた坏土を、ハニカム構造体成形用口金を装着した押出成形機により成形して、円筒状のハニカム成形体(ハニカム構造体)を得る。上記ハニカム成形体を作製する操作を100回繰り返す。その後、ハニカム構造体成形用口金を、顕微鏡(200倍)で観察することで割れの発生を確認する。
セラミック原料として、アルミナ、タルク及びカオリンの混合物を用いる。当該混合物に、有機バインダを混合し、水を添加して混練し、真空土練機により坏土(成形原料)を作製する。得られた坏土を、ハニカム構造体成形用口金を装着した押出成形機により成形して、円筒状のハニカム成形体(ハニカム構造体)を得る。次に、得られたハニカム成形体を、誘電乾燥機を用いて乾燥させ、その後、焼成炉を用いて焼成して、ハニカム構造体を得る。上記方法によりハニカム構造体を100個作製する。得られたハニカム構造体について、セルの「歪み」の有無を目視により観察する。「歪み」のないものを良品とし、「歪み」のあるものを不良品として、良品の「歩留まり」(100×良品の数/全体の数)(%)を算出する。
第1の板状部の穴部の直径を、第2の板状部の裏孔の直径よりも大きくし、第2の接合面における裏孔の開口部が、第1の接合面における穴部の開口部の内側に配置されるように形成した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体成形用口金を作製した。尚、第1の接合面における穴部の開口部の直径を2.0mmとした。また、穴部の深さを5mmとした。また、第2の接合面における裏孔の開口部の直径を1.5mmとした。得られたハニカム構造体成形用口金について、上記「割れ観察」及び「成形試験」を行った。結果を表1に示す。
第2の板状部の裏孔の直径を、第1の板状部の穴部の直径よりも大きくし、第1の接合面における穴部の開口部が、第2の接合面における裏孔の開口部の内側に配置されるように形成した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体成形用口金を作製した。尚、第2の接合面における裏孔の開口部が、第1の接合面における穴部の開口部の外側に配設されるようにした。第1の接合面における穴部の開口部の直径を2.0mmとした。また、穴部の深さを5mmとした。また、第2の接合面における裏孔の開口部の直径を1.5mmとした。得られたハニカム構造体成形用口金について、上記「割れ観察」及び「成形試験」を行った。結果を表1に示す。
第1の板状部材を、ビッカース硬度が2000HVであり、ヤング率が600GPaである、炭化タングステン基超硬合金(超硬合金)製の板状部材(1層構造)から形成した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体成形用口金を作製した。得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔と穴部とがずれた状態で第1の板状部材と第2の板状部材とが接合されていた。得られたハニカム構造体成形用口金について、上記「割れ観察」及び「成形試験」を行った。結果を表1に示す。
Claims (13)
- 成形原料を導入するための裏孔が形成された第2の板状部と、
前記裏孔に連通する穴部が形成されるとともに、前記穴部に連通するスリットが形成される、炭化タングステン基超硬合金製の第1の板状部とを備え、
前記第2の板状部が、鉄、鋼材、アルミ合金、銅合金、チタン合金及びニッケル合金からなる群から選択される少なくとも一種により形成されたものであり、
前記第1の板状部は、前記第2の板状部側に配設された第1の層と、前記第1の層に配設された第2の層とから構成され、
前記穴部が、前記第1の層の両面に開孔するように形成され、
前記スリットが、前記第2の層の両面に開孔するように形成され、
前記第1の層を構成する炭化タングステン基超硬合金と、前記第2の層を構成する炭化タングステン基超硬合金との種類が異なるハニカム構造体成形用口金。 - 前記第1の層の厚さが、0.1〜90mmである請求項1に記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記第2の層の厚さが、0.5〜10mmである請求項1又は2に記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記穴部の直径が、前記裏孔の直径とは異なる大きさである請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記穴部の直径が、前記裏孔の直径よりも大きく、前記穴部の直径が、前記裏孔の直径の1.01〜1.50倍である請求項4に記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記裏孔の直径が、前記穴部の直径よりも大きく、前記裏孔の直径が、前記穴部の直径の1.01〜1.50倍である請求項4に記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記第1の層は、ビッカース硬度が300〜2000HVであり、ヤング率が200〜600GPaである炭化タングステン基超硬合金によって構成され、
前記第2の層は、ビッカース硬度が500〜3000HVであり、ヤング率が400〜700GPaである炭化タングステン基超硬合金によって構成され、
前記第2の層のビッカース硬度及びヤング率が、前記第1の層のビッカース硬度及びヤング率よりも大きい請求項1〜6のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。 - 前記穴部の先端部分である底部の形状が、前記第1の板状部の表面に直交する断面において、平らな形状、平らな形状において角部が直線状に切り取られた形状、又は外側に凸の曲線状である請求項1〜7のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記スリットの底部の形状が、前記スリットに直交する断面において、平らな形状、平らな形状において角部が直線状に切り取られた形状、外側に凸の曲線状、又は外側に凸のV字状である請求項1〜8のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記第1の板状部の前記第1の接合面側の、前記スリットの端部に沿って形成されるとともに、前記スリットに連通し、前記スリットの幅よりも大きな幅の空間であるバッファ部を有する請求項1〜9のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金。
- 前記バッファ部の底部の形状が、前記スリットに直交する断面において、平らな形状、平らな形状において角部が直線状に切り取られた形状、外側に凸の曲線状、又は外側に凸のV字状である請求項10に記載のハニカム構造体成形用口金。
- 鉄、鋼材、アルミ合金、銅合金、チタン合金及びニッケル合金からなる群から選択される少なくとも一種により形成されるとともに成形原料を導入するための裏孔が形成された第2の板状部材と、
炭化タングステン基超硬合金により構成された第1の層及び前記第1の層に配設された炭化タングステン基超硬合金により構成された第2の層から構成され、前記第1の層が、ビッカース硬度300〜2000HV、ヤング率200〜600GPaの炭化タングステン基超硬合金製であり、前記第2の層が、ビッカース硬度500〜3000HV、ヤング率400〜700GPaの炭化タングステン基超硬合金製であり、前記第2の層のビッカース硬度及びヤング率が、前記第1の層のビッカース硬度及びヤング率よりも大きく、前記第1の層の両面に開孔するように穴部が形成され、前記第2の層の両面に開孔するようにスリットが形成された第1の板状部材と、を接合し、ハニカム構造体成形用口金を製造するハニカム構造体成形用口金の製造方法。 - ビッカース硬度300〜2000HV、ヤング率200〜600GPaの炭化タングステン基超硬合金製の板に、前記穴部になる複数の穴部形成用貫通孔を形成して第1超硬合金板を作製し、
ビッカース硬度500〜3000HV、ヤング率400〜700GPaの炭化タングステン基超硬合金製の第2超硬合金板と、前記第1超硬合金板と、を接合して前記第1の板状部材を作製する請求項12に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。
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