JPH02248208A - セラミックハニカム押出ダイスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排気ガス浄化用の触媒担体あるいはフィルタお
よび熱交換体等に用いられるセラミックハニカム構造体
を製造するために用いられる押出成形用ダイスに関する
ものである。

（従来の技術） セラミックハニカム構造体は、内燃機関の排気ガスの浄
化のための触媒担体、ディーゼルエンジンの排気ガスの
中の煤塵を除去するだめのフィルタあるいは回転式熱交
換体に用いられている。

このようなセラミックハニカム構造体の製造法としては
、特開昭５０−７５６１１号公報においてコージェライ
トを押出成形することが開示され、特公昭５５−４１９
０８号公報あるいは特公昭５７−６１５９２号公報には
、第４図（Ａ）、　（Ｂ）に示すように、一方の面にセ
ラミック坏土が押出成形機により供給されるセラミック
坏土供給孔（２）が開口し、他方の面にはセラミックハ
ニカム構造体の断面形状に対応する成形溝（３）が開口
し、該供給孔（２）と成形溝（３）との交叉部（８）を
備えた押出成形用ダイス（１）が開示されている。

更に、図示しないが、セラミック坏土供給孔と成形溝と
の連結部に坏土が一時的に滞留する溜部を設けたダイス
がＵＳＰ　３０３８２旧号公報およびＩＪＳＰ３０３８
２０１号公報に開示されている。

また、押出成形用のダイスの製造法として、特公昭６１
−３９１６７号公報には、成形溝を機械的加工および／
または放電加工により加工した後、無電解メツキで所定
寸法幅の成形溝に加工する技術が開示されている。

更に、押出成形用のダイスの使用寿命を延ばすために、
セラミック坏土供給孔と成形溝の表面に無電解メツキお
よび耐摩耗性粒子を含有する複合無電解メツキ層を析出
させたり（特開昭６３（７６１０７号公報）、耐摩耗性
物質を化学蒸着したダイス（特開昭６０−１４５８０４
号公報、特開昭６１−６９９６８号公報）も知られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来のセラミックハニカム構造体の製造法は
、次のような欠点を有していた。

押出成形法は薄い壁厚のハニカム構造体を量産できる長
所があるが、従来のダイスはいずれも使用開始時に、成
形歪みあるいは焼成後に変形あるいは割れ不良が検出さ
れることが多かった。そこで、発明者はこの原因を追求
したところ、ダイスのセラミック坏土供給孔あるいは成
形溝の寸法精度およびその表面粗さの不均一に誘因する
ことを見出した。

即ち、ハニカム構造体の押出ダイスは多数の坏土供給孔
および成形溝を有しかつそれらの寸法は非常に小さく、
坏土供給孔の深さは内径に比べて深い。例えば、セル密
度４００個く平方インチ当たり）、セル形状が四角形で
、外径１８１１１ＩＩ１．、壁摩み０．１５ｍｍのハニ
カム構造体を押出成形によって製造する場合、坏土供給
孔の寸法は内径１．３＋ｎｎ＋、　深さ１７ｍｍで約３
４００個必要であり、成形溝は約０．１７ｍｍで縦横そ
れぞれ約１００個設ける必要がある。

従って、坏土供給孔および成形溝を均一に機械加工する
ことは困難で、第５図に模式的に示すように坏土供給孔
（２）の表面粗さおよび真直度にばらつきが生まれたり
していた。このような加工を施されたダイスを用いて押
出成形すると、押出されるセラミック坏土は、ダイスの
材料通路によって流れ抵抗が異なり、押出垂直方向に均
一な面をもつハニカム構造体を押出すことができず、第
６図に示すように押出成形体（９）の先頭形状は不均一
となる。このような押出による成形体は、成形時に割れ
あるいは極端な変形が発生した場合でも、乾燥および焼
成することにより、成形体の内部残留応力のため所望の
寸法が得られなかったり、ハニカム構造体のセルの壁が
残留応力のため切断されてしまう等の問題点があった。

上記の問題点を解消するには、坏土供給孔および成形溝
の表面をホーニング加工あるいはリーマ加工を採用して
、表面粗さおよび寸法精度を均一にすることが可能であ
るが、加工工数が多くなる欠点を有していた。また、坏
土供給孔の深さと孔径比が大きい場合には、表面粗さが
一層不均一となり上記の加工が困難となるので、押出ダ
イスを二分してそれぞれ製造した後、両者を接合する手
段も考えられるが、この手段も加工工数が多くなる欠点
を有していた。

さらに、従来の無電解メツキを坏土供給孔あるいは成形
溝に析出して寸法を調整するとともに使用寿命を長くす
る技術においても前記と同様、大なり小なり各成形溝に
おいて押出される坏土速度が異なることが判明し、この
速度の違いが不良を発生させる原因であることを発明者
は突き止めた。

従って、本発明の主な目的はセラミック坏土の流れ抵抗
が均一なダイスを製造し、健全なセラミックハニカム構
造体の押出成形体を得ることにある。

さらに、別の目的は安価にダイスを製造することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、
少なくともセラミック坏土供給孔と成形溝を有するセラ
ミックハニカム押出ダイスの製造法において、機械的加
工により所定寸法のセラミックハニカム押出ダイスを製
作し、次いで、該押出ダイスにセラミック坏土を供給し
て該ダイスの坏土通路の表面を研摩加工して、坏土の流
れ抵抗を調節することを特徴とするセラミックハニカム
押出ダイスの製造法である。

（作　用） 本発明のセラミックハニカム押出ダイスの製造法は、セ
ラミック坏土によりダイス中の坏土通過部分を研摩加工
して坏土の流れ抵抗を調節しているため、押出成形体に
残留応力が少ない健全なセラミックハニカム成形体を得
ることができる。

（実施例） 本発明の詳細について、上述した特公昭５’１６１５９
２号公報に開示されたダイス構造（第４図）を−例とし
た製造法について、本発明のセラミックハニカム押出ダ
イスの製造法の実施例を示す工程図である第１図を主に
参照して説明する。

第１の工程である機械的加工は、ハニカム押出ダイスの
基本的な寸法および形状を機械的加工法によって行うこ
とである。

第２図（Ａ）に示すように、ハニカム押出ダイス（１）
にはそれぞれセラミック坏土供給孔（２）および成形溝
（３）が機械的加工により形成される。

セラミック坏土供給孔（２）は該坏土が押出成形機によ
り加圧されて流入し、均一に成形溝に坏土が分配するた
めに設けられる。坏土供給孔（２）の内径寸法（Ｄ）、
深さ（Ｈ）、成形溝（３）に対する配置、数量はそれぞ
れ、セル密度、壁厚、表面積等のハニカム構造体の形状
要因、セラミック材質およびその押出成形条件等によっ
て定められる。

例を示すと、外径１１８ｍ＋ｎ、　　セル密度４００個
（平方インチ当たり）、壁厚み０．１５ｍｍ、のコージ
ェライトハニカム構造体では、内径が約１．０〜１．５
ｍｍ、深さ（Ｈ）１８〜３６ｍｍの坏土供給孔（２）が
約３４００個ダイス中に形成される。このような微小で
多数の坏土供給孔をドリル加工によって行うと、ドリル
の摩耗あるいは偏芯により、第２図（Ａ）の右側に示す
ように、工面粗度が悪く、軸も偏芯した坏土供給孔（２
′）が形成されることになる。

成形溝（３）は押出されるセラミックハニカム構造体の
断面形状に対応する形状、即ちセル形状を規定し、通常
三角形、四角形、六角形等の多角形あるいは円形であり
、ハニカム構造体の隔壁寸法を規定する幅は、通常１．
０〜０．０８＋ｎ＋ｎである。また、成形溝数はハニカ
ム構造体のセル密度およびダイスの外径に対応しており
相当数の溝が必要である。

従って、このような微小幅の溝を多数形成することは困
難であるので、特公昭６１−３９１６７号公報に開示さ
れているように、所定幅寸法より大きくワイヤーソー加
工あるいは放電加工法等により加工することが有用であ
る。このような所定寸法より大きく加工する方法は、前
記の坏土供給孔の加工にも適用される。

以上ハニカム構造体の基本的な形状を規定する坏土供給
孔尉よび成形溝の溝の加工について説明したが、従来例
で説明したセラミック坏土供給孔と成形溝との連結部に
坏土が一時的に滞留する溜部を有するダイスを製作する
場合は、溜部を溝切り加工によって形成すればよい。こ
の場合、成形溝部を有する部分と坏土供給孔と溜部とを
有する部分をそれぞれ加工後接合してもよい。

また、押出成形機に取付けるための外形形状の加工は、
旋盤加工あるいは平面研削加工等によって施工すればよ
い。

使用する材質は、ダイス鋼等の工具鋼が用いられるが、
成形溝をタングステンカーバイド等の超硬合金を用いて
もよい。

以上、第１の工程の機械的加工について説明したが、こ
の機械的加工は文字上のみで解釈されるものではなく、
放電加工、電解加工等の加工法との併用も含まれる。

第１の工程で基本的な形状に加工されたセラミックハニ
カム押出ダイスは、次のセラミック坏土の流れ抵抗の調
節工程を受ける。この流れ抵抗の調節工程は基本的には
、第１の工程で生じたセラミック坏土供給孔と成形溝表
面の表面粗さの不均一を無くすることにある。

流れ抵抗の調節方法は、セラミック坏土を成形用ダイス
を用いて押出成形して、該坏土の通路の表面を摩耗させ
ることによる。これは、坏土通路表面において、坏土供
給孔や成形溝の表面粗さの悪い抵抗の大きい箇所を坏土
を通ずことによって摩耗させ、坏土の流れ抵抗を小さく
する方法である。即ち、坏土を第２図（＾）のダイスを
通して第２図（Ｂ）に示すように坏土供給孔（２）の表
面粗さを改善するのである。第１の工程で生じた表面の
粗さの不均一等の欠陥が比較的小さい場合は、成形用ダ
イスを押出成形機に取りつけて、各成形溝から坏土の速
度が均等になるようにすればよい。

一方、坏土による摩耗は該欠陥部以外に坏土供給孔と成
形溝との連結部、溜部を設ける構成としたダイスの場合
には溜部と成形溝との連結部（４）に生ずる。この理由
は、この連結部（４）で坏土通路断面積が急変するため
流れ抵抗が増大することと、この連結部はそれぞれ機械
加工法が異なる部分の接触部であって曲面が不連続であ
ることによる。また、機械加工で得られる連結部の形状
が押出成形時流れ抵抗を小さくする曲面にすることが本
来不可能であるかもしれない。従って、欠陥が比較的大
きい場合は欠陥部の流れ抵抗の調節が完了する前に、欠
陥が小さい坏土通路を有する部分の連結部が摩耗して、
結果としてダイス全体の流れ抵抗の調節が不可能になる
。

このような場合には１部分的に調節する方法を採用する
ことが好ましい。第３図（Ａ）　に示すように、最初に
ダイス（１）の坏土供給孔（２）全体にセラミック坏土
を供給して流れ抵抗の分布を調べ、次いで第３図（Ｂ）
　に示すように、流れ抵抗の小さい、即ち成形溝から排
出される坏土の速度が早い部分に相当する坏土供給孔（
ｂ）、（ｃ）の開口部を板状のプラスチック等のマスク
（７）で封止し、流れ抵抗が大きい部分に相当する坏土
供給孔（ａ）、　（ｄ）にセラミック坏土を供給して流
れ抵抗を調節する。

次に、第３図（Ｃ）に示すように、第３図（Ａ）におい
て最も流れ抵抗が小さい坏土供給孔（ｃ）を封止して、
その他の部分の流れ抵抗を調節する。この操作を繰り返
ずことにより最終的には、第３図（Ｄ）に示すように坏
土通路を摩耗させて、より均一な流れ抵抗分布を有する
ダイスを得ることができる。

流れ抵抗の調節に用いるセラミック坏土は、ダイスの金
属材料を研摩可能な材質であればよいが、製作されるセ
ラミックハニカム構造体に用いられるセラミック坏土が
最も好ましい。この理由は、実際の押出成形に準じた流
れ抵抗の調節が可能であるからである。セラミックハニ
カム構造体を特開昭５０−７５６１１号公報に記載され
たコージェライトとする場合には、コージェライト押出
坏土でダイスの流れ抵抗を調節する。

次の工程は、第２図（Ｃ）　に示すように、前記の工程
で摩耗加工した坏土供給孔（２）や成形溝（３）の表面
に耐摩耗層（５）を施す工程である。

セル密度が小さく壁厚が比較的大きいセラミックハニカ
ム構造体や少量生産の場合には、前記の工程で得たハニ
カム押出ダイスをそのまま使用できるが、ダイスの使用
寿命を長くしたり、薄壁のセラミックハニカム構造体を
製造するには、前記坏土通路表面に耐摩耗層の被覆を施
す。

耐摩耗層の被覆は、特公昭６１−３９１６７号公報に開
示されているように、無電解ニッケルメッキを坏土供給
孔および成形溝等の坏土通路表面に析出して得ることが
できる。析出される摩さは成形溝幅が所定の押出された
ハニカム構造体の壁厚に相当するように設定すればよい
。但し、後記するように更に無電解ニッケルメッキ層上
に耐摩耗性の被覆を行うときはこの厚み分を減じた値と
する。

還元剤として次亜燐酸ニッケルを用いた無電解ニッケル
メッキの場合は、析出後熱処理によりＮ１層を結晶化さ
せ更に硬い表面とすることができる。

無電解ニッケルメッキより更に耐摩耗性を必要とするダ
イスの場合には、無電解ニッケルメッキ層上に特開昭６
３−１７６１０７号公報に開示されているようにシリコ
ンカーバイド等の粒子を含有する複合無電解メツキ層を
重畳させたり、特開昭６０−１．４５８０４号公報に開
示されているように窒化チタン、炭窒化チタンを化学蒸
着させることにより達成される。窒化物あるいは炭化物
を蒸着したダイスが部分的に摩耗したときダイスを再生
するため、該蒸着層および下地のニッケル層を化学的に
溶解除去を容易にするため、坏土供給孔側端面を適当な
手段でマスクして該端面に化学蒸着をしないでおくこと
が有効である。

これら耐摩耗性の被覆を無電解メツキ層上に重畳させる
理由は、複合メツキするものについてはその析出速度が
遅いことによるものであり、特に薄壁のハニカム構造体
用のダイスを製造する場合、効率的に成形溝寸法を所定
の大きさにすることができるからである。また化学蒸着
するものについては、リコートの際の前述の剥離を可能
にすることと化学蒸着によるＴｉ［：、、ＴｉＮ、、Ｔ
１ＣＮ等とダイス母材である鋼材の熱膨張差による熱歪
みを緩和させるためである。

前記工程の耐摩耗性の被覆層の厚さが比較的厚い場合に
は、該工程の前に行われたセラミック坏土の流れ抵抗が
変化することが多い。この理由は均一電着してもその厚
みが大きいため、坏土の流れ抵抗が変化しまうことがあ
るからである。このような場合には、第２図（Ｄ）に示
すように、無電解ニッケルメッキを施した押出ダイスを
用いて、第２の工程で説明した方法と全く同じ要領で、
二回目のセラミック坏土の流れ抵抗の調節（２）を行え
ばよい。このようにして得られたダイスの坏土通路表面
には、第２図（ε）に示すように、既に説明した複合メ
ツキあるいは耐摩耗性物質を化学蒸着して第２の耐摩耗
層（６）を形成した押出ダイス（１）が製作される。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように本発明のセラミック押出ダ
イスの製造法は、押出成形時のセラミック坏土の流れが
均一であるため得られたセラミックハニカム構造体に欠
陥がないという押出成形ダイスを簡単な方法により製作
できかつ使用寿命が長い効果を有する発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のセラミック押出ダイスの製造法を説
明するための工程図、 第２図（Ａ）〜（ＩＥ）は本発明の工程順によって製作
される押出ダイスの要部断面図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明のセラミック坏土の流れ
抵抗の調節方法を説明するための断面図、第４図（Ａ）
、　（Ｂ）は従来の押出ダイスの断面図、第５図は従来
の押出ダイスの要部断面図、第６図は従来の押出ダイス
を用いて押出成形した場合の模式図である。 １・・・セラミック押出ダイス ・・・坏土供給孔 ・・・連結部 ・・・第２の耐摩耗層 ・・・交叉部 〜ｄ・・・坏土供給孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくともセラミック坏土供給孔と成形溝を有する
   セラミックハニカム押出ダイスの製造法において、機械
   的加工により所定寸法のセラミックハニカム押出ダイス
   を製作し、次いで、該押出ダイスにセラミック坏土を供
   給して該ダイスの坏土通路の表面を研磨加工して、坏土
   の流れ抵抗を調節することを特徴とするセラミックハニ
   カム押出ダイスの製造法。 ２、押出された坏土の速度が大きい坏土供給孔の開口部
   を封止し、坏土の速度が小さい坏土供給孔にセラミック
   坏土を供給して坏土の流れ抵抗を調節する請求項１記載
   のセラミックハニカム押出ダイスの製造法。 ３、坏土の流れ抵抗を調節後、押出ダイスの坏土通路の
   表面上に耐摩耗性の被覆層を設ける請求項１または２記
   載のセラミックハニカム押出ダイスの製造法。 ４、耐摩耗性の被覆層が無電解ニッケルメッキである請
   求項３記載のセラミックハニカム押出ダイスの製造法。 ５、無電解ニッケルメッキを施した押出ダイスにセラミ
   ック坏土を供給して該ダイスの坏土通路の表面を研摩加
   工して、坏土の流れ抵抗を調節する請求項４記載のセラ
   ミックハニカム押出ダイスの製造法。 ６、坏土の流れ抵抗を調節した後、セラミック坏土の通
   過面上に耐摩耗性物質を化学蒸着させる請求項５記載の
   セラミックハニカム押出ダイスの製造法。 ７、坏土の流れ抵抗を調節した後、セラミック坏土の通
   過面上に耐摩耗性粒子を含有する無電解ニッケルメッキ
   を析出させる請求項４記載のセラミックハニカム押出ダ
   イスの製造法。