JPH09174656A - ハニカム押出しダイの作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッチ分配特性の改良と、より良好な押出し
特性と、耐用寿命を延ばすためのダイの耐摩耗性の改良
とを同時に成し遂げるハニカム押出しダイの作成方法を
提供する。 【解決手段】 ピン１４ａのアレイとして形成された独
立した吐出セクションを、供給通路１３のアレイを備え
た独立したダイ本体１０に接合することによってダイが
形成され、ピンアレイは、ダイ本体１０に類似した特性
を有するピン支持部材１４ｃに取り付けられて外方へ延
びる複数本のピン１４ａからなり、ピン支持部材１４ｃ
は、ピン１４ａがダイ本体１０に接合された後に取り除
かれる。ピン１４ａは、耐摩耗性材料で作成することが
でき、種々の異なる断面形状を有するハニカムセルの形
成のみならず、押出しの一様性を改善するのに適した種
々の断面形状を有するものとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可塑化された有機
または無機バッチ材料からハニカム構造体を押し出すた
めの押出しダイの作成方法に関し、特に、改良された構
造を有する吐出セクションを備えた押出しダイの作成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハニカム構造体を押し出すための従来の
押出しダイは、押出し可能な材料をダイに投入するため
の複数の供給孔を備えた供給セクションと、この供給セ
クションに連結されて、押出し可能な材料を成形してダ
イの吐出面から吐出する吐出セクションとを備えてい
る。上記押出し可能な材料は、吐出されると、構造体の
一端から他端に向かって押し出し方向に延びる相互に連
結されたセル壁によって仕切られた、一端が開口された
複数の通路を備えたハニカム形状に成形される。

【０００３】これらダイの吐出面における吐出開口部
は、相互に連結されたハニカム壁構造のための種々の形
状を形成すべき輪郭を有する。一般に、自動車およびそ
の他の燃焼排気ガスを処理するための市販のセラミック
製ハニカム構造体の押し出しに使用される吐出開口部
は、長い真っ直ぐな吐出スロットの十字状アレイによっ
て形成されている。これら長いスロットは交差して、四
角形または三角形のセル（小室）を備えたハニカム構造
体のための真っ直ぐな壁を形成するためのより短いスロ
ットセグメントの網状組織を形成している。

【０００４】これら量産用のダイを通って処理される押
出し可能な材料は、複雑な流路に追従しなければならな
い。上記材料は、先ず各供給孔から遷移地帯を通ってス
ロットアレイの基部に移動し、このスロットアレイで、
上記材料が隣接する供給孔からの材料と結合すべく横方
向に移動しなければならない。その後、編まれた材料
は、再び供給孔の延長方向前方へ方向付けされ、スロッ
トによって形成された吐出開口部へ向かって流れ、ハニ
カム構造体の通路壁を形成する交差した「ウエブ」また
は壁部分のアレイの形態で、吐出開口部から吐出され
る。

【０００５】交差したスロットセグメントによってこれ
ら押出しダイの吐出面上に形成された孤立部または「ピ
ン」の断面形状は、押出し製品内の通路の内部形状を支
配する。より複雑なスロット形成手法を用いれば、他の
形状の形成も可能ではあるが、これらピンの従来の形成
方法によれば、四角形または三角形の断面形状のピンが
代表的である。

【０００６】このような形式のハニカム構造体の押出し
のために有用な押出しダイが、バグリイ（Bagley）の米
国特許第 3,790,654号に開示されている。この特許公報
に開示されているように、供給孔は、これらのダイの吐
出スロット領域内に、すなわち、ダイにおける材料の流
れ方向に、僅かに延長されている。この供給孔の延長ま
たは供給孔とスロットとのオーバーラップにより、ハニ
カム構造体の壁を形成するための材料のすべてが通過し
なければならない供給孔とスロットとの境界部分が延長
されかつ拡大される。このオーバーラップ部分を設けな
い場合には、これらのダイ内部における供給孔とスロッ
トとの間の形状変化が、供給孔からスロットへ流れるバ
ッチに対して極めて高い抵抗を与えることになる。

【０００７】可塑化されたセラミックバッチのためのハ
ニカム押出しダイの設計において注意しなければならな
い問題の１つは、摩耗作用を有するセラミック材料によ
る、ダイの内表面における摩耗である。従来のハニカム
構造体の作成に際しての押出し速度に関しては、バッチ
材料が比較的遅い流れの供給孔部分から数百分の１秒以
内に供給孔と吐出スロットとの間の通過地帯を通過する
ことが必要である。これら遷移地帯では、バッチの流動
速度が極めて高い値にはね上がり、供給孔と吐出スロッ
トとの交点における急激な摩耗の原因となる傾向があっ
た。

【０００８】米国特許第 4,653,996号、第 4,820,146
号、第 4,830,598号および第 4,875,264号を含む多くの
特許には、耐摩耗性ダイ部品を用いることによって、ハ
ニカム押出しダイの耐用寿命を延ばす試みが記載されて
いる。代表的には、これらにはダイの出口面に難摩耗性
材料を塗布することが含まれているが、供給孔と吐出ス
ロットとの間の遷移地帯おけるピンの基部またはいわゆ
る「根元」領域におけるダイの摩耗については触れてい
ない。ピンをダイ本体に固定するための底部材となるこ
れらピン根元端は、バッチの速い流動速度およびピンの
根元領域で生じるバッチの流動方向の転換に起因して、
ダイの摩耗が最も急速に生じる部位となる。現在まで、
ダイマトリクスのこれらの内部部分の保護は、耐摩耗性
被覆材料の蒸着によってのみ行なわれてきた。かくし
て、ピンの根元を保護しまたは強化するよりよい手段が
継続的に捜し求められてきた。

【０００９】吐出に先立つバッチ材料のスロットに沿っ
た横方向の流動特性を改善して、作成されたハニカム構
造体内の壁の編組および通路の無欠性を改善する目的で
ダイの構造変更が提案されてきた。この横方向の流動特
性を改善するための１つの方法が、ダイ表面からの吐出
に先立ってバッチ材料を集めかつまとめるために、ダイ
の吐出面の真下に位置する溜めスロットまたは分配スロ
ットを用いることである。この形式のダイが、米国特許
第 4,354,820号および第 4,780,075号ならびに特開昭57
-173431 号に開示されている。

【００１０】上記米国特許第 4,354,820号および第 4,7
80,075号におけるダイは、ダイ本体プレートの入口面に
供給孔を備え、ダイ本体プレートの反対側の出口面に比
較的幅広の吐出スロットを備えている。硬い表面を有す
るシートが次に出口面に接合され、次にこのシートに幅
狭のスロットが形成されて、ダイ本体プレートに予め設
けられている幅広のスロットに位置合せされかつ重ね合
わされた、幅狭の吐出スロットを備えたダイ吐出面が提
供される。

【００１１】その他の作成方法を示す特開昭57-173431
号では、供給孔を備えた本体プレートと、一方の面に幅
広の分配スロットを備えた面板とが、面板のスロットを
備えた面を穿孔された本体プレートに接合することによ
って結合される。次いで、面板に予め設けられている幅
広の分配スロット内に幅狭の吐出スロットを切り込むこ
とによって、吐出スロットの形成が完了する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の方法は、バッチ
の分配には有用であるが、これらのダイの作成および使
用に関してさらなる複雑さを導入するものである。複合
ダイ構造における種々のダイ部品を接合するのに用いら
れてきた拡散接合法および他の手法は、ダイ形成材料が
高い圧力および／または高温にさらされることを意味す
る。このような条件は、ダイ構成材料間で差異のある熱
的クリープを生成させ、予め穿孔によってダイ本体プレ
ート内に形成された目の細かい供給孔アレイに、機能的
に重大な歪みを含むダイ欠陥を生じさせ勝ちである。

【００１３】この種の歪みにより、結合に先立って形成
された加工された部分と、異なるダイ部品の結合後に形
成された部分とを正確に位置合せすることが極めて困難
になる。例えば、予め穿孔されて形成された目の細かい
供給孔アレイと、後で形成される目の細かい吐出スロッ
トアレイとの全面重ね合せは、達成が殆ど不可能であ
り、かつ実施に費用が掛かる。さらに、正確なスロット
重ね合せがなされていない場合は、押し出された製品に
おける不揃いな押出し、セル壁の脱落および他の構造上
の欠陥のような重大な押出し不良の原因になる。

【００１４】米国特許第 3,846,197号に示された、すべ
てガラスからなる薄板を積層したダイでは、結合後のス
ロット形成または穿孔を避けることによって、スロット
の位置ずれが生じにくい構造およびスロット形成法を用
いている。しかしながら、このようなダイに用いられる
ガラス材料は、セル数の多いセラミックハニカム構造体
の量産に要求されるような、強い、頑丈な、耐摩耗性を
有する押出しダイの作成には適用不能である。

【００１５】従来のハニカム押出しダイに存在する他の
欠点、およびハニカム押出しダイを作成する方法の欠点
は、ダイの作成に現在適用可能な直線切削技術から発生
するダイ構造上の制約に関するものである。直線的切断
および穿孔をもってしては、セルの幾何学的形状が規則
的でも多面体（例えば、三角形、正方形および長方形）
でもないハニカム構造体を製造するのに極めて困難を伴
う。したがって、外方部または周辺部のセルが、中心部
のセルに対して寸法または形状を異にするハニカム構造
体のみでなく、丸みをつけられたまたは不規則形状のセ
ルを備えたハニカム構造体のためのダイは、このような
製作法を用いた場合、製作が容易でない。

【００１６】本発明の主たる目的は、上述した欠点およ
び不利益を克服したダイの作成方法を提供することにあ
る。

【００１７】本発明のさらなる目的は、２つまたはそれ
以上の異なる構造材料を接合して、優れたバッチ分配性
と、より良好な押出し特性と、耐用寿命を延ばすための
ダイの耐摩耗性の改良とを同時に成し遂げるハニカム押
出しダイを提供することにある。

【００１８】本発明のさらなる目的は、ハニカムセル壁
構造を得るための吐出開口部を形成するピンが任意の寸
法、形状および配置を有する押出しダイを提供すること
にある。

【００１９】本発明のさらに他の目的および効果は下記
の記載から明らかになる。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の押出しダイは、
複合されたまたは「接合されたピン」構造を有し、ダイ
本体に接合されたピンアレイにおけるピン間の交差した
空間によって吐出スロットまたは他の開口部が形成され
ている。この構造により、吐出開口部とダイ本体内の押
出し材料供給通路との間の正確な重ね合せが保証され
る。さらに、改良されたピン構造により、吐出開口部の
上流のバッチ材料の横方向の分配が容易になり、一様な
押出し特性と高耐摩耗性が促進される。

【００２１】本発明のダイにおけるピン形状に関して言
えば、ピンの狭められた根元部分に特徴があり、ピンの
根元部分が狭められていることにより、吐出セクション
の基部の、すなわち、すなわち、ダイの内部における供
給孔と吐出スロットとの境界部分近傍のピン間空間のか
なりの拡大が実現される。これら狭められたピンの根元
部分は、これらピンの根元部分において、ダイの吐出面
におけるピン間領域すなわち吐出開口部の２倍またはそ
れ以上のピン間交差領域をもたらすことができる。した
がって、これらダイは、供給孔と吐出スロットとが単に
オーバラップして横方向のバッチ流通を容易にしている
従来のダイの横方向流動効率よりもはるかに大きい横方
向流動効率を備えている。

【００２２】本発明によるダイ作成方法は、ピンアレイ
を予め穿孔されたダイ本体プレートに高温接合する従来
のダイ作成方法において発生することが知られている、
材料クリープおよびこれに伴う吐出スロットと供給孔と
の位置ずれの問題に対し効果的に対処したものである。
本発明の方法においては、後で捨てられるが、ダイ本体
に類似した特性を有するピン支持部材をダイの吐出セク
ションのためのピンアレイの一部として設けることによ
って、歪みの発生を回避している。このピン支持部材
は、ピンがダイ本体に永久的に接合された後で取り除か
れる。

【００２３】上記ピン支持部材は、熱履歴および熱膨脹
特性においてダイ本体と同一であることが好ましい。こ
れによって、接合工程の間におけるピンアレイとダイ本
体との間の位置合せが極めて効果的に保証される。ピン
自体は、ピン支持部材と同一組成を有するものであって
もよいし、あるいは、最適の低抵抗押出しおよび／また
はピン耐用寿命を延ばすために選ばれた異なる組成を有
するものであってもよい。これらピンは、ダイ本体また
は、ピンのダイ本体に対する永続的な接合を可能にする
ピンの結合に用いられる接合材料に充分に適合していさ
えすれば、熱膨張特性および他の特性がダイ本体と実質
的に異なっていてもよい。

【００２４】本発明の方法のさらなる利点は、ピンがそ
れらの形状において、溝切りのような直線機械加工によ
って形成されたものに限定される必要がないことであ
る。四角形または三角形のピンのみでなく、より自由
に、円形、弧状あるいは他の非直線的断面形状を有する
ピンを使用することができる。したがって、これらダイ
における吐出開口部の形状は、従来のハニカム押出しダ
イにおけるような十字状スロットパターンに限定されな
い。

【００２５】本発明の第１の様相によれば、半仕上げ状
態のピンアレイを、選ばれた組成を有するダイ本体に接
合することによって、ハニカム押出しダイを作成する方
法が提供される。この方法の実施に際しては、ダイ入口
面と供給孔出口面とを有するダイ本体が最初に用意され
る。ダイ本体は、ダイ入口面から供給孔出口面まで延び
る供給孔または導管のアレイを備えている。

【００２６】また、ピン支持部材上に設けられた少なく
とも１組のピンアレイが用意され、このピンアレイは、
ピン支持部材に結合されてピン支持部材から外方へ延び
る複数本のピンからなる。ピンは、ピン支持部材から離
れた位置にありかつ共通の平面上にある自由根元端でひ
とまとめに終端するように、均一の、またはなだらかに
変化する長さを有する。

【００２７】次に、ダイ本体とピンアレイとは、ダイ本
体の供給孔出口面上のピン取付け箇所にピン根元端が位
置決めされる態様で組み付けられる。これらピン取付け
箇所は、供給孔出口間に位置している。その後、ピン根
元端は、適当な接合手法を用いてダイ本体に永久的に結
合されてダイプリフォームが形成される。この目的のた
めに、拡散接合、ろう付け、ビーム溶接その他の永久的
取付け法を用いることができる。

【００２８】このようにして用意されたダイプリフォー
ムは、接合されたピンからピン支持部材が切り離される
ことによって、最終的に使用可能なダイに変換される。
ピン支持部材の除去には、通常の切断、研削、あるいは
他の金属材料除去方法を用いることができる。次いで、
必要に応じて、ダイに対して従来どおりに被覆が施さ
れ、研磨され、あるいは他の使用のための仕上げが施さ
れ、特定のハニカム押出し工程または使用される粉末押
出しバッチ材料に適切な特定の仕上げ方法の１つが選択
される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３０】本発明によるハニカム押出しダイの作成方
法が図１〜図４に示されている。なお、ここに示される
図は、概略的に描かれ、かつ説明のために拡大されたも
のであって、ダイおよびダイ部品の実際の割合あるいは
スケールを示すものではない。

【００３１】図１に示されているように、供給孔出口面
１２の反対側にダイ入口面１１を有するダイ本体１０に
は、可塑化されたバッチ材料をダイを通って搬送するた
めの複数本の供給孔１３からなる供給孔アレイが設けら
れている。より複雑なダイ本体構造が同様に用いられる
こともあるが、ダイ本体１０は、典型的には、押出し圧
力に耐える充分に厚い一体の金属または他の強靱な非脆
性材料からなる。

【００３２】ダイのための、スロットを備えた吐出セク
ションを設けるためのプリフォームが図２に概略的に示
されている。このプリフォームは、交差する吐出スロッ
ト１４ｂ間に形成された多数本のピン１４ａからなるピ
ンアレイを含む加工された板体１４からなる。ピン１４
ａのアレイはピン支持部材１４ｃ上にあり、かつピン支
持部材１４ｃから外方に延びており、このピン支持部材
１４ｃは、図２の実施の形態では、加工された板体１４
におけるスロット１４ｂの深さを示す破線の下方に位置
する、板体１４の底面部分である。

【００３３】ピン支持部材１４ｃは、プリフォーム１４
内のスロット１４ｂの輪郭ならびにピン１４ａの間隔お
よび配列を維持するための支持層を提供する。かくし
て、ダイアセンブリではピン根元端と呼ばれる、アレイ
内のピン１４ａの突端が共通平面上に整列し、かつひと
まとめに終端している。

【００３４】押出しダイは、図１に示すダイ本体１０
と、図２に示す吐出セクションプリフォームとが、図３
に示すように組み付けられることによって形成される。
板体１４のピン１４ａの根元端が供給孔１３の出口面１
２上の各取付け箇所に位置合せされる態様で、組付け時
の位置合せがなされる。これらのピン１４ａの根元端の
取付け箇所（図示は省略）は、ダイ本体１０上の供給孔
１３間の位置を占め、その結果、供給孔１３はピン１４
ａの根元端によって閉塞されず、実質的に妨害を受ける
ことなしにスロット１４ｂ内に開口する。

【００３５】板体１４とダイ本体１０とは、適当な接合
手法を用いて図４に示すように結合される。この接合手
法として、各ピン１４ａの根元端がダイ本体１０の取付
け箇所に永久的に取付けられるような方法が用いられ
る。ろう付け、半田付けおよび拡散接合等が接合方法と
して用いられるが、拡散接合法が特に好ましい。

【００３６】さらに図４に示すように、これらダイ部品
の接合が完了した後、ピン支持部材１４ｃがピン１４ａ
のアレイから取り除かれて、これらピン１４ａの先端と
吐出スロット１４ｂとを露出させる。このピン支持部材
１４ｃの除去は、切断、研削その他の方法によって行な
われる。このピン支持部材１４ｃの除去によって露出さ
れた、スロットが貫通している板体１４の残部は、かく
して押出しダイの吐出面となる。

【００３７】前述のように、ピン支持部材１４ｃは、熱
膨脹特性および高温クリープ特性の点で、ダイ本体１０
の形成に用いられる材料と類似した材料で形成されるこ
とが望ましい。ダイ本体１０の材料とピン支持部材１４
ｃの材料とが類似していると、拡散接合のような高温接
合を実施中に両者が類似した反応を示し、ピン１４ａの
根元端のダイ本体１０上の取付け箇所に対する初期の重
ね合せ状態が、接合工程の間ずっと維持されることが保
証される。

【００３８】本発明によるダイ作成方法の特別な利点
は、たとえ吐出セクションの材料が、選ばれたダイ本体
材料に対して熱膨脹特性およびクリープ特性の点で著し
く異なっている場合であっても、硬い耐摩耗性材料から
なる吐出セクションを備えた精密な押出しダイの組み立
てを可能にすることである。

【００３９】このようなダイのスロット付き吐出セクシ
ョンのためのプリフォームの一例が図５に概略的に示さ
れている。図５は、ダイ本体２０とこれに接合されるべ
き吐出セクションのための加工されたプリフォーム２４
とを示す縦断面図である。プリフォーム２４は、複数本
のピン２４ａを形成する、複数のスロット２４ｂが切り
込まれた下面部を備えた積層複合板からなる。これらの
ピン２４ａは、プリフォーム２４の符号２４ｃで示され
た上部層に取り付けられている。

【００４０】プリフォーム２４においてピン２４ａを形
成する下方に面する部分は、硬い耐摩耗性材料からな
り、上部層２４ｃに接合された後、加工により吐出スロ
ット２４ｂが形成される。上部層２４ｃの大部分にはス
ロットが切られておらず、そのため、硬い材料層中に形
成されたピン２４ａの方向と間隔を維持する所望のピン
支持部材を提供している。

【００４１】図示の実施の形態においては、ピン支持部
材（上部層）２４ｃは、ダイ本体２０の作成に用いられ
る材料と同一の材料、例えばステンレス鋼からなるが、
ピン２４ａは、炭化タングステンのような硬い材料から
作成することができる。ダイ本体２０とピン支持部材２
４ｃが類似した温度特性を有することにより、ピン２４
ａがダイ本体２０に接合されている間におけるダイ本体
２０内の供給孔２３に対する吐出スロット２４ｂの位置
ずれは完全に回避される。したがって、ピン２４ａをダ
イ本体２０に接合した後にピン支持部材２４ｃをアセン
ブリから除去すると、吐出面全面に亘って、供給孔２３
とスロット２４ｂとが完全に重ね合わされた耐摩耗性ダ
イが得られる。

【００４２】図４および図５に示唆されているように、
本発明によるダイの作成方法の特別な利点は、ピンの形
状に関して融通性を有することである。一般に、独立し
た供給孔を通る押出し可能な材料の流れを編んで互いに
連結するハニカムセル構造を形成する際には、材料が上
記供給孔から吐出された後で、しかしダイからの最終的
な吐出に先立って、材料の横方向への容易な流動を必要
とする。ピン根元端の外径または断面積が、ピンの外方
端のそれに比較して縮減されている場合には、ダイ内の
横方向の流動の自由が促進される。逆に言えば、ダイ吐
出面またはその近傍におけるピンの断面積を、ダイ本体
に対する取付け箇所またはその近傍におけるピンの断面
積よりも大きくしなければならない。

【００４３】図２に示されたピンアレイでは、十字状の
吐出スロット１４ｂが、ピン支持部材１４ｃに向かって
延びるスロットの終端部におけるよりも板体１４のスロ
ット開口面（ピンの根元端）における方がより広くなる
ように加工されている。このようなスロット構造によ
り、供給孔１３（図３）近傍でダイ本体１０に取り付け
られるピン１４ａの根元端が、ダイアセンブリの吐出面
１４ｄ（図４）を形成するピン先端よりも寸法が小さく
なるように縮小されることである。このピン寸法の縮小
により、材料がダイを通過する間、ダイアセンブリのピ
ン根元端領域内における押出し可能な材料の軸線方向の
流動を上回る横方向の流動が促進される。

【００４４】図２および図５に示されているピンアレイ
は、直線加工手法を用いて十字状の吐出スロットを形成
して得られたピン形状を示している。一般に、このよう
な手法は、側部が直線的な断面形状を有するものにピン
形状を限定する。だが、吐出スロットおよびピンを加工
するための他の大多数の手法は経済的でない。したがっ
て、円形または他の非直線的なセルの断面形状を必要と
する種々のハニカム構造体については、押出しダイの作
成が困難かつ高価になる。

【００４５】本発明は、ピンを本質的にいかなる所望の
形状にも加工することが可能な、ピン支持部材上に設け
られたピンアレイを提供する方法を含む。この方法で
は、個々のピンまたはピンプリフォームが作成され、次
いで一体のピン支持部材上にピンアレイが形成される。
このピン支持部材に支持されたピンアレイは、図３〜図
５に示されているものと同様な態様でダイ本体に永久的
に接合され、次いでピン支持部材が除去されて、ピンと
ダイの吐出開口部とを露出させる。

【００４６】この方法の実施の形態を示す「ダブル」ピ
ンプリフォーム構造が図６〜図８に示されている。この
ピン構造によれば、１つの単一ピンアセンブリから２つ
の同形のピンアレイが得られる。

【００４７】アレイを形成するために、個々のピンが図
６（Ａ），（Ｂ）に示されているような形状を有するピ
ンプリフォーム３４が最初に用意される。これらのピン
プリフォーム３４のそれぞれは、上方および下方のベー
ス部分３４ｂ，３４ｂが取り付けられた中央ピン部分３
４ａを備えており、ベース部分３４ｂ，３４ｂは、中央
ピン部分３４ａがピンアレイに集合される場合に、中央
ピン部分３４ａを整列させかつ正しい間隔をとらせる役
目をする。

【００４８】所望のピンアレイを形成するために、この
ように用意されたピンプリフォーム３４が組み付けられ
て、図７に示されているようにピン束を形成する。この
ピン束は、図６（Ａ），（Ｂ）に示されているベース部
分３４ｂ，３４ｂを、対向する一時的なピン支持部材３
４ｃ，３４ｃに一体に接合することによって形成された
一体のアセンブリである。図７に示す中間製品は、対向
する一対の接合されたピン支持部材（ベース集合体）３
４ｃ，３４ｃ間に支持された複数本の中央ピン部分３４
ａからなるアレイであり、各ピン支持部材３４ｃに描か
れた破線は、もとのベース部分３４ｂの接合境界面に対
応する。

【００４９】ダイ本体に接合される２組の最終的なピン
アレイを形成すべく、図７のアセンブリは、このアセン
ブリの中間平面３５に沿って切断されて切り離される。
図８に示されているように、結果として生じた２個の部
品のそれぞれは、ピン支持部材３４ｃから延び、かつ図
７における中間平面３５に対応する共通平面で終端する
丸ピン３４ａからなる、個別のピンアレイ３６である。
ピンアレイ３６は、このように形成されたので、図８に
おけるダイ本体３０のような、穿孔されたダイ本体に接
合されるのに適しており、ピン支持部材（ベース集合
体）３４ｃは後で除去されて、完成した丸ピン押出しダ
イが形成される。

【００５０】図６（Ａ），（Ｂ）に示された独立したピ
ン３４は円形の断面形状を有するが、図示の方法によれ
ば、その他の断面形状を有するピンも容易に得られるこ
とが可能なことは評価される点であろう。かくして、楕
円形、六角形、菱形、五角形、四角形または他のいかな
るピンの形状および配置をも同等に採用することがで
き、変形的なあるいは複雑なセルの配置および／または
断面形状を有するハニカム構造体の量産が可能になる。

【００５１】独立したピンを用いる方法のその他の適用
例においては、ピン支持部材が、ベース部分の接合され
た集合体である代わりに、選択されたダイ本体にピンを
接合する間ピンアレイを支持するのに適した、穿孔等の
施された独立したシートまたはプレートよりなる。図９
は、上記方法で作成された、支持されたピンアレイの概
略的断面図である。

【００５２】図９を参照すると、一方の面に盲孔４４ｄ
がドリル等により形成された金属プレートからなるピン
支持部材４４ｃに支持されたピンアレイ４４が示されて
いる。ピン４４ａは、盲孔４４ｄに挿入された突起によ
って、ピン支持部材４４ｃ上に永久的に位置決めされか
つ整列せしめられている。かくして、ピンの方向、間隔
および位置は、上記盲孔４４ｄの間隔および位置によっ
て予め設定することができる。

【００５３】ピン４４ａがピン支持部材４４ｃに強固に
取り付けられた後、ピン４４ａの露出された反対側の端
部、すなわちピン根元端が適当なダイ本体（図示は省
略）に接合される。次いで、図４に示されたものと同様
に、ピン支持部材４４ｃが切断あるいは他の適当な方法
により除去される。図９を参照すると、ピン４４ａは、
選択されたセル形状とセル壁の厚さを有するハニカム構
造体の形成に必要な、本質的にいかなる断面寸法および
形状にもなし得ることが明らかである。さらに、盲孔４
４ｄは、４４ｃのようなピン支持部材上に４４ａのよう
なピンアレイを支持する１つの手段を提供するものであ
り、半田付け、ろう付け等の他のピン結合手段を代わり
に用いることができる。

【００５４】独立したピンからピンアレイを形成するた
めの上述した方法はいずれも、ピンの断面形状、したが
ってピンアレイを通って押し出されるハニカム構造体の
通路の開口部の断面形状が、押出しダイの面全体に関し
て一様でない押出しダイの形成に採用可能である。図１
０は、ピンの断面形状が２種類の異なる断面形状のセル
を有するハニカム構造体を押し出すのに適した形状を有
しているピンアレイの概略的平面図である。

【００５５】図１０を参照すると、２種類の形式の異な
るピン５４ａおよび５４ｄがピン支持部材５４ｃに接合
されている。ピン５４ａは、押出し可能な材料を、押し
出されたハニカム構造体における周辺部分の湾曲した細
長いセルのアレイ壁に成形する形状を有しており、ピン
５４ｄは、押し出されたハニカム構造体の中央部分内
に、より一般的な四角形断面形状を有するセルのアレイ
を形成する形状を有している。

【００５６】このようなハニカム構造体を製造するため
の押出しダイは、適切なアレイを構成する供給孔を備え
た汎用ダイ本体に図示のピンアレイを接合することによ
って作成可能である。この接合後、ピン支持部材５４ｃ
が、図４に示す態様で、接合されたピンから切断または
除去される。押し出されたハニカム構造体の強度を高
め、かつハニカム面を横切るセル形状を変えることによ
ってハニカム構造体を通る流体の流動状態を修正する目
的のため、図１０に示されたような種類の異なるセル形
状を用いることは特に価値がある。

【００５７】上述のように形成されたピンアレイを支持
するために用いられるダイ本体の形状は重要でない。適
当な供給孔あるいはこれと同等の任意の形状の供給通路
を、機械加工、レーザー加工または化学的な穿孔加工に
よって、加工可能な材料に設けさえすればよい。供給孔
は、上述のような並列な供給孔からなる規則的なアレイ
に単純に構成してもよいし、あるいはハニカム形状を押
し出すのに必要なピンおよび吐出開口部の特別な形状、
間隔および位置に適応しかつ最も効率的に材料を供給す
るのに適した、複雑なまたは不規則なパターンを有する
直線的または曲がった供給通路として設けられていても
よい。特に、複雑な供給通路構造の場合は、ダイ本体が
基台材料の単一ブロックから作成されたものでなく、穿
孔され、かつ所望の供給通路アレイが組立て式ダイ本体
を通って配置された、多数のプレート、シートまたは他
の形状物から組み立てられたものでもよい。

【００５８】本発明の方法によるハニカム押出しダイの
作成に用いられる材料は、押し出される製品および押出
しが実施される工程に応じて選択される。

【００５９】可塑化されたセラミックまたは他の無機微
粒子のバッチ組成物のような高粘性バッチ調製物のため
には、高強度の工具鋼またはステンレス鋼合金のような
高降伏強度を有する被削性材料が、ダイの本体セクショ
ンを作成するのに好ましい材料である。

【００６０】多くの適用に対して、工具鋼またはステン
レス鋼はまた、ダイに組み入れられるピンアレイを作成
する満足な材料でもある。実際に、採用されたピン形状
が、ピンの根元端部における摩耗速度を低下させるとい
う理由から、このような材料は、このダイ形状における
方が従来のダイ形状におけるよりも高い有用性を有す
る。というのは、セラミックバッチおよびその他の押し
出しバッチ内に存在する摩耗作用を有する材料によるピ
ンの摩耗は、ダイのピンの根元端領域に集中せず、例え
ば、ダイの吐出部内のスロットが狭くなっている箇所、
すなわち、ピンが拡径されている箇所のような、ピンの
下流側またはエッジ表面で先ず発生するからである。

【００６１】先に示唆したように、これらのダイにおい
ては、所望の被削性、強度および耐摩耗性が保証されさ
えすれば、鋼材料を他の材料に代えることができる。使
用できる他の材料の例を挙げると、使用中に最大の摩耗
にさらされるピンまたはピンの表面にとって最も望まし
いのは、炭化金属、窒化金属、炭窒化金属およびホウ化
金属のような金属間材料またはセラミック材料である。
ダイ本体材料と吐出セクションにおけるピンとの間に必
要な接合境界面の大きさが比較的小さいために、ピンと
ダイ本体との間の熱膨脹におけるかなりのミスマッチが
許容される。使用上の必要条件は、単純に、選ばれた材
料がダイ本体とピンとの間で正当な接合強度が達成され
るのを許容するのに充分な材料適合性があることであ
る。

【００６２】ピンアレイをダイ本体に永久的に接合し
て、丈夫な接合されたアセンブリを得ることは、通常の
金属接合または金属間接合手法を用いることによって達
成される。原理的には、半田付け、ろう付けまたは機械
的固定を含むいかなる組立て方法も用いることができる
が、ピンの結合に好ましい方法は拡散接合法である。後
者の方法によって、最終的に構成された押出しダイに要
求される強度と寸法的目標を直ちに満足する、極めて良
好に接合されたダイアセンブリが形成される。

【００６３】プロウロニス（Plaulonis ）他の米国特許
第 3,678,570号には、超合金とステンレス鋼と接合する
のに特に有用な拡散接合法の１つの適切な形態が記載さ
れており、ここでは、薄い合金中間層が、液体遷移相の
形成を通じて拡散接合工程を助長するのに用いられる。
これら合金中間層は、通常の拡散工程に必要な温度およ
び圧力よりもいくらか低い温度および圧力において、類
似の材料の良好な拡散接合を促進する。

【００６４】本発明は、下記の具体例を参照することに
よって、さらに良く理解されようが、この具体例は、限
定でなく説明を意図したものである。

【００６５】具 体 例 ダイの吐出セクションの形成に用いられる支持されたピ
ンアレイのためのダイ本体用の鋼製基台を先ず選択す
る。この基台は、４２２ ＰＭタイプのステンレス鋼
（４２２タイプ鋼は鋼粉末から固結される）からなる
２．８cm（１．１インチ）の厚さを有する鋼板からな
る。この鋼板の板面には、ガンドリルで約３２孔／cm²
（２００孔／平方インチ）からなる供給孔アレイを形成
する。鋼板の表面を研削かつ研磨して、滑らかな透孔の
アレイを備えた、仕上げされた本体プレートを得る。

【００６６】次に、約１２．７mm（０．５インチ）の厚
さを有する４２２ ＰＭタイプのステンレス鋼からなる
硬化された鋼製面板から、ダイのための支持されたピン
アレイを形成する。この面板の両面を平坦かつ平行に研
削し、次いで、平行な複数のスロットで構成された２組
のアレイからなる吐出スロットアレイを面板の一方の面
に切り込む。２組のスロットアレイは互いに９０°の角
度をなして交差しており、各スロットアレイは、２．５
mm（０．０５３インチ）の間隔を有する一様なスロット
を備えている。このようにして、面板の面上のスロット
群によって、正方形のピンからなる一様なピンアレイを
形成する。

【００６７】面板の面上におけるスロット形成には、砥
石車による研削を用いる。薄い窒化ホウ素砥石車を、面
板の表面から３．８１mm（０．１５インチ）の深さのス
ロット形成に用いる。スロットは幅の異なる２部分から
なり、面板の研削された表面から約０．８９mm（０．０
３５インチ）の深さまでは約０．３６mm（０．０１４イ
ンチ）の幅を有し、そこからスロットの底までの深さ
２．９２mm（０．１１５インチ）の部分は約０．１８mm
（０．００７インチ）の幅を有する。

【００６８】このように用意し、ダイ本体と支持したピ
ンアレイとは、次に組み付けて、押出しダイのためのプ
リフォームとする。ピンアレイは、本体プレートの滑ら
かに穿孔された表面の一方に、研削された（スロットが
形成された）ピンプレートの表面を接触させる態様で、
本体プレートの上面に位置決めする。ピンアレイは、本
体プレートの各供給孔とピンプレート上のスロットとの
重ね合せが保証されるように注意深く位置決めする。

【００６９】このように位置合せされたダイ本体とピン
アレイとを、加熱および加圧状態で接合されて一体のダ
イプリフォームとする。ここで用いた接合方法は、ダイ
本体の穿孔された表面上にメッキされた厚さ約５ミクロ
ンのＮｉＰ接合合金層を用いた一般的な拡散接合法であ
る。次いで、ピンアレイをダイ本体に押し付け、このア
センブリを、最大６．８４ＭＰａ（９９２ポンド／平方
インチ）の圧力下で最高１０００℃の温度に加熱するこ
とによって、ピン根元端がダイ本体に永久的に接合す
る。接合および冷却後、このアセンブリに対し、４００
系ステンレス鋼のための一般的な焼きなましを施す。

【００７０】このようにして得た接合されたプリフォー
ムには、面板加工を施した。この工程では、スロットの
切り込まれたピンプレートのピン支持部分をプリフォー
ムの表面から除去する。除去される層は、ピンプレート
の反対側の面に切り込まれた吐出スロットの底を露出さ
せるのに充分な厚さを有し、これによって、ダイの吐出
面を形成する。表面の材料の所望の層を除去するのには
ワイヤ放電加工を用いる。

【００７１】最後に、露出されたピンおよび吐出スロッ
トを備えたダイに、研削および／または研磨を施して、
ダイの吐出面および他の内外の面を滑らかにする。次
に、必要に応じてダイには焼きなましを施し、および／
または、特定のハニカム構造体の押出しに適用して有用
と考えられる一般的な耐摩耗被覆を施す。摩耗作用を有
するセラミック粉をベースとしたバッチ材料の押出しに
用いられる公知の耐摩耗被覆材料を例示すると、窒化チ
タン、炭化チタン、窒炭化チタン等がある。

【００７２】本発明により作成された押出しダイの特筆
すべき利点は、特に摩耗作用を有する微粒子化されたセ
ラミック材料を含む可塑化されたバッチ材料の押出しに
用いた場合に耐用寿命が延びることである。ダイの吐出
セクションに送付される材料の流れはピンの根元端領域
に向かって案内されないから、ピン根元端におけるピン
の摩耗は、ダイの本体セクションに発生する摩耗レベル
を超えないレベルに低減される。

【００７３】さらに、ピンの根元端領域においてはピン
間の隙間がより広くなっているので、供給孔の位置をダ
イ内のピンの角位置からピンの側方位置または「中間ス
ロット」と呼ばれる位置に容易に変更することができ
る。後者の場合、ピンの摩耗をピンの角面よりもむしろ
主としてピンの側面に限定することができるので、壁交
差部の肥大またはいわゆる「センターポストのふくら
み」のような製品欠陥の原因となるピンの角部の望まし
くない形状変化を遅らせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による押出しダイの作成方法に用いられ
るダイ本体の斜視図

【図２】本発明による押出しダイの作成方法に用いられ
るスロットを備えた吐出セクションプリフォームの斜視
図

【図３】本発明による押出しダイの作成方法において、
ダイ本体に吐出セクションプリフォームを組み付ける状
態を示す斜視図

【図４】本発明による押出しダイの作成方法において、
ダイ本体に吐出セクションプリフォームとを接合し、か
つ吐出セクションプリフォームからピン支持部材を除去
した状態を示す斜視図

【図５】本発明による押出しダイの作成方法の他の実施
の形態における吐出セクションプリフォームをダイ本体
とともに示す縦断面図

【図６】本発明による押出しダイの作成方法のさらに他
の実施の形態における吐出セクションプリフォームを構
成する個々のピンの形状を示す縦断面図および横断面図

【図７】図６に示すピンによって構成された吐出セクシ
ョンプリフォームの縦断面

【図８】図７に示す吐出セクションプリフォームを切断
して形成した吐出セクションプリフォームをダイ本体と
ともに示す縦断面図

【図９】本発明による押出しダイの作成方法のさらに他
の実施の形態における吐出セクションプリフォームを示
す縦断面図

【図１０】種々の形状のピンを備えたピンアレイの平面
図

【符号の説明】

１０，２０，３０ ダイ本体 １１ ダイ入口面 １２ 供給孔出口面 １３，２３ 供給孔 １４ 加工された板体（吐出セクションプリフォー
ム） １４ａ，２４ａ，４４ａ，５４ａ，５４ｄ ピン １４ｂ，２４ｂ， 吐出スロット １４ｃ，２４ｃ，４４ｃ，５４ｃ ピン支持部材 １４ｄ 吐出面 ３４ ピンプリフォーム ３４ａ 中央ピン部分 ３４ｂ ベース部分 ３６ ピンアレイ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイ入口面と、供給孔出口面と、前記ダ
   イ入口面からダイ本体を通って前記供給孔出口面上の供
   給通路開口部まで延びる供給通路アレイとを備えたダイ
   本体を作成し、 ピン支持部材に取り付けられて該ピン支持部材から外方
   へ延びかつ共通平面上にあるピン根元端でひとまとめに
   終端する複数本のピンを備えて前記ピン支持部材上に設
   けられた少なくとも１組のピンアレイを作成し、 前記ダイ本体と前記ピンアレイとを、前記ダイ本体の前
   記供給孔出口面上において前記供給通路開口部間に位置
   するピン取付け箇所に前記ピン根元端が位置合せされる
   態様で組み合わせ、 前記ピン根元端を前記供給孔出口面上の前記ピン取付け
   箇所に取り付け、 前記ピン支持部材を前記複数本のピンから切り離す、各
   工程からなることを特徴とするハニカム押出しダイの作
   成方法。
2. 【請求項２】 前記ピン根元端が、該ピンの反対側の端
   部の断面積よりも小さい断面積を有することを特徴とす
   る請求項１記載のハニカム押出しダイの作成方法。
3. 【請求項３】 前記ピン支持部材が、前記ダイ本体の熱
   膨脹係数および高温クリープ反応に近い熱膨脹係数およ
   び高温クリープ反応を有する材料から作成されることを
   特徴とする請求項１記載のハニカム押出しダイの作成方
   法。
4. 【請求項４】 前記ピンが、前記ダイ本体の組成と異な
   る組成を有することを特徴とする請求項１記載のハニカ
   ム押出しダイの作成方法。
5. 【請求項５】 前記ピンが、炭化金属、窒化金属、ホウ
   化金属、炭窒化金属からなる群から選択された耐摩耗材
   料で形成されることを特徴とする請求項４記載のハニカ
   ム押出しダイの作成方法。
6. 【請求項６】 前記ピンアレイが、１枚の中実の板体に
   スロットを中途まで切り込むことによって形成され、前
   記ピン支持部材は、前記スロットが交差せずに少なくと
   も部分的に連続している層からなることを特徴とする請
   求項１記載のハニカム押出しダイの作成方法。
7. 【請求項７】 前記中実の板体が、ピン支持部材材料層
   に接合された耐摩耗性材料層を備えた複合板からなり、
   前記耐摩耗性材料は、前記ピン支持部材の材料とは組成
   および硬度を異にし、前記スロットが前記耐摩耗性材料
   を貫通して切り込まれることを特徴とする請求項６記載
   のハニカム押出しダイの作成方法。
8. 【請求項８】 前記ピンアレイが、中実の板体からなる
   ピン支持部材に前記ピンを取り付けることによって形成
   されることを特徴とする請求項１記載のハニカム押出し
   ダイの作成方法。
9. 【請求項９】 前記ピンアレイが、複数本の平行に整列
   したピンを一体に接合することによって形成され、該接
   合が、平行に整列したピンの接触状態にある基部を結合
   して共通かつ単一のピン支持部材にすることによって達
   成されることを特徴とする請求項１記載のハニカム押出
   しダイの作成方法。
10. 【請求項１０】 前記ピンが、該ピンの延長端を前記ピ
    ン支持部材の孔に挿入することによって結合されること
    を特徴とする請求項１記載のハニカム押出しダイの作成
    方法。