JPH09174657A - ハニカム押出しダイおよびその作成方法ならびにハニカム製品の押出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れたダイ性能と長い耐用寿命とを有するニ
カム押出しダイを提供する。 【解決手段】 押出し可能な材料の供給のための複数の
供給孔２３を備えた供給セクション２２と、押出し可能
な材料を通路網を有するハニカム構造体として吐出する
ための吐出開口部を備えた吐出セクション２６と、押出
し可能な材料を供給セクション２２から吐出セクション
２６に搬送しかつ調整するために供給セクション２２と
吐出セクション２６との間に配置された多層遷移セクシ
ョン２４とによってダイ２０を構成する。

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
めの改良されたダイに関する。本発明は特に、優れたダ
イ性能および耐用寿命を得るために、薄板を重ねた遷移
セクションを備えたハニカム押出しダイおよびその作成
方法、ならびにこのダイの使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】押出しダイを用いて薄い壁を有するハニ
カム構造体を作成することは周知である。バグリー（Ba
gley）の米国特許第 3,790,654号および第 3,905,743号
には、このようなダイの１つの構造が記載されており、
この構造では、ダイの入口面から入りかつダイの本体内
を貫通して延びて、押出し可能な材料を、ダイ出口面上
に吐出スロットのアレイを形成する吐出セクションへ搬
送する複数の供給孔を備えている。上記吐出スロットは
互いに連絡しており、押し出し可能な材料を、ダイの出
口面から吐出する間に、通路網を有するハニカム構造体
のための互いに連結した壁構造に成形する。

【０００３】このようなハニカム構造体の用途は増大し
ており、それ故に、より精巧なハニカム構造体を成形で
きる押出しダイの必要性も増大している。しかしなが
ら、可塑化された粉末の押出しに用いられる押出し圧
が、ダイの歪みまたは破損を避けるためにダイ内部の十
分な堅さまたは強さを要求するので、これらのダイに
は、供給孔も吐出スロットもそれらの数を増大させるの
に限度があるという基本的な制約条件がある。

【０００４】このむずかしさを緩和する１つの方法がい
わゆる分岐供給ダイ構造である。このダイ構造では、ダ
イの入口部分が、穿孔された２枚またはそれ以上の厚く
堅いプレートによって構成され、第１の、すなわちバッ
チの入り口となるプレートが比較的大きい供給孔を備え
ており、この第１のプレートが、より精巧な供給孔アレ
イを備えた第２の、すなわち内側のプレートに押出し可
能なバッチを供給するようになっている。内側プレート
は、ダイの出口面に設けられた吐出スロットにバッチ材
料を渡す。米国特許第 4,118,456号および同第 4,321,0
25号にはこの形式のダイが記載されており、一方、米国
特許第 4,465,454号には、ダイ内部における流動制限を
避けるべく、２種類の大きさを有する供給孔をオーバー
ラップさせた配置を用いることが開示されている。

【０００５】分岐供給ダイの変形が米国特許第 4,243,3
70号に含まれており、このダイは、押出し可能な材料を
ダイの吐出セクションに導く案内通路を備えている。米
国特許第 4,298,564号にも類似のダイ構造が記載されて
おり、ここでは、ダイの吐出面における押出し可能な材
料の分配特性を改善するために、案内溝と流動リストリ
クタとの組合わせが用いられている。

【０００６】ダイの進歩過程では、ダイの出口面に対す
る押出し可能な材料のより一様な流動と適切な分配とを
可能にするための方策に焦点が当てられてきた。例え
ば、実公昭５２−８７６１号および実公昭５２−８７６
２号には、出口面に設けられたスロット位置に供給材料
流を直接分配するための独立した通路が開示され、米国
特許第 4,243,370号には、押し出されたハニカム構造体
内にセルを形成するためのスポークで支持されたセルブ
ロックのアレイを生じさせる供給材料分配通路を備えた
構造が記載されている。

【０００７】長い間、この技術分野では、押出しダイ内
の材料供給通路を望ましい程度に滑らかにすることが、
背圧を軽減し、かつ押し出される無機粉末混合物に起因
するダイの摩耗を軽減すると認識されてきた。米国特許
第 5,066,215号には、ダイの出口面の吐出スロットに向
かって一様に先細にされた供給孔が記載されている。米
国特許第 3,846,197号には、同様になだらかに形状が遷
移する供給孔と吐出スロットとが開示され、この場合の
ダイは、多数のガラスプレートの積層体によって組立て
られている。各プレートは少なくとも部分的にエッチン
グされて所望の供給孔アレイまたは吐出スロットアレイ
を備えており、次にダイ本体は、エッチングされたプレ
ートを積層することによって組立てられ、これらプレー
トを加熱してガラス層を溶かし、一体のアセンブリを得
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の進歩にもかかわ
らず、従来の押出しダイ作成方法では、金属製ダイ本体
の一方の面に供給孔を穿孔し、他方の面に吐出スロット
を切り込んでいた。ハニカム押し出しダイを作成するの
に従来より用いられているこの加工方法の不都合さは、
伝統的な回転または直線加工を用いていることである。
電気化学的加工およびワイヤ放電加工さえも、ダイの内
部に複雑な輪郭を形成することはとても不可能である。

【０００９】このダイ作成技術の検討から明らかなよう
に、供給孔と吐出スロットとの深さは、押出されるバッ
チ材料を吐出面のスロットに適切に分配するための所望
のオーバーラップ量を生み出すべく典型的に念入りに調
整される。しかしながら、この方法で形成される供給孔
と吐出スロットとのオーバーラップ領域は、ダイの手の
届かない内部で生み出されるので、効率的な流動通路を
生じさせることは、まれにしか、いや絶対になかった。
これとは反対に、セラミックの押出しに用いられたダイ
の内部の検査により、粉末のバッチ材料は、オーバラッ
プ領域を特別に流線形には流れずに、むしろ、効率的な
バッチ流動に貢献することがより明らかな部分的に変更
されたかつ比較的複雑な形状にダイ内部を摩耗させる傾
向があることが一貫して指摘されている。

【００１０】ダイの供給セクションを通るバッチの流動
は縦方向であるが、供給孔と吐出スロットとの境界部分
では横方向と縦方向が組み合わさった流動に急激に移行
することを認識すると、バッチ材料を供給孔の入口から
吐出スロットの出口まで滑らかに搬送することについて
の問題点がより良く理解される。これら連結部分におけ
る急激な横方向の流動は、吐出スロットアレイを適切に
満たすのに必要であるが、この流動が一様でない場合
は、セル壁の不十分な接合、セル壁の波打ち、あるいは
ふくらみ、セル壁の欠如、セルの詰まり等のような欠陥
が押し出された製品に現れるであろう。

【００１１】このような依然として存在する難題に鑑み
て、本発明の主たる目的は、従来方法で加工された押出
しダイによって提出された多くの問題点に対し、より効
果的に対処した押出しダイを提供することにある。

【００１２】本発明のさらなる目的は、優れた形状と品
質とを備えたハニカム構造体を低い押出し圧をもって提
供する優れたダイを使用する押出し方法を提供すること
にある。

【００１３】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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ハニカ
ム押出しダイの供給孔と吐出スロットとの境界部分にお
ける材料流の管制の問題には、薄いプレートの積層体に
よって境界部分を形成することにより対処する。上記積
層体内の各プレートは、境界部分におけるダイ内部の所
望の流路の極めて薄い断面を表す多数の開口部を備えて
いる。

【００１５】この方法では、積層体内の連続する各プレ
ートが、各自独自の幾何学的形状を有することが容認さ
れるという利点がある。この幾何学的形状は、所望の流
路変化を達成するために、積層体における隣接するプレ
ートの幾何学的形状から僅かに変化しているものが典型
的である。供給材料流を平衡させる目的のためにまたは
他の目的のために、上記に代わり、連続する２枚または
それ以上のプレートが同一の幾何学的形状を有していて
もよい。この形式の多層境界部分によって、押出し可能
な材料の流れに作用し得る流動変化の中には、材料流の
分岐または複数化、流動方向の変更、材料流の形状変更
および材料流の粘度の増大または低減がある。後者は一
般に材料流の圧縮または膨脹によってもたらされる。

【００１６】多くの場合、これらの流れのパラメータは
独立的に変えることができるが、相関性を有する場合も
ある。いずれの場合でも、各供給孔からの供給材料流れ
を複数化または分岐させて多数の支流にすることができ
ることは、このような複数化が、比較的少数の供給孔か
らの押出し可能な材料の広いが正確な再分配を保証する
ことが可能なので特に重要である。かくして、ダイの入
口における供給孔の数を増やす必要なしに、任意に選択
された吐出スロット形状またはアレイに供給される材料
の流動パターンを最適化することができる。

【００１７】したがって、本発明の第１の様相において
は、供給セクションと吐出セクションと多層化された遷
移セクション（transition section）とからなるハニカ
ム押出しダイを包含する。上記供給セクションは、押出
し可能な材料を投入するための複数の供給孔を備えてお
り、上記吐出セクションは、押出し可能な材料を通路網
を有するハニカム構造体として吐出するための吐出開口
部を備えた吐出面で終端している。上記多層遷移セクシ
ョンは、供給セクションと吐出セクションとの間に配置
され、かつ積層された複数の薄い遷移層によって形成さ
れている。

【００１８】遷移セクション中の各薄い遷移層は、複数
の開口部を備え、これら開口部は、隣接する薄い遷移層
または連結されたダイセクションの開口部に対し、少な
くとも不完全に重ね合わせがなされている。かくして、
上記複数の遷移層は、押出し可能な材料を上記複数の供
給孔からダイの吐出セクションへ搬送するための形状が
連続して遷移する導管を形成している。搬送は多数の供
給材料流の形式で行なわれ、これら供給材料流は、複数
化（分岐）され、および／または大きさ、形状および方
向に関して管制される。この方法によって、従来のダイ
が直面する流動方向および流速の大きな、急激な変化が
回避され、これによって、ダイ抵抗および／またはダイ
の摩耗の著しい低減が達成される。

【００１９】本発明の他の様相においては、上述のダイ
構造を通じてハニカム製品を押し出す方法に関する。こ
の押出し方法によれば、押出し可能な材料がハニカム押
出しダイの入口セクション（供給孔セクション）内に延
びる供給孔アレイに導入されて、押出し可能な材料がダ
イ内で複数の供給材料流を形成する。次に供給材料流
は、ダイの入口セクションに隣接して配置されかつこの
入口セクションに連結された遷移セクションに供給孔を
経由して搬送される。この遷移セクションは、押出し可
能な材料が内部を搬送される供給孔に連結された複数の
遷移導管を含む。

【００２０】上記遷移導管の内部で、供給材料流は複数
化または分岐され、方向変換され、および／または形状
を変更された結果、分岐され、方向変換され、および／
または形状を変更された複数の供給材料流を生じる。そ
の後、このように生成された供給材料流は、遷移導管か
ら、遷移セクションに隣接しかつ連結された、ダイの吐
出セクションへ搬送される。吐出セクションは、押出し
可能な材料を、通路網を有するハニカム構造体として吐
出する形状を有する互いに連結された吐出スロットのア
レイのような吐出開口部を備えている。ダイに供給され
た押出し可能な材料は上記吐出開口部から最終的にハニ
カム製品として吐出される。

【００２１】本発明の特に好ましい実施の形態において
は、上記押出しダイおよび押出し方法が、各供給材料流
を少なくとも２本、最も典型的には３〜１６本の支流に
細分または分岐させる遷移セクションを用いている。供
給材料流の分岐は、一度に、すなわち単一ステージで、
あるいは第２ステージまたはこれに続く分岐ステージで
実行することができる。遷移セクション内の分岐層また
は分岐ステージを区切る遷移導管の部分において、後続
の分岐ステージに備えてあるいはダイの吐出セクション
への送付に備えて、上記支流の形状変更および方向変換
が実行される。

【００２２】本発明のさらに他の様相においては、薄板
を重ねる工程を用いてハニカム押出しダイを作成する方
法を含む。先ずダイ本体プレートを選択し、このプレー
ト内に複数の供給孔を形成する。また、ダイの遷移セク
ションのための複数の薄いプレートも選択し、これらプ
レートのそれぞれは開口部のアレイを備えており、これ
ら開口部を通じて、ハニカム製品のための可塑性を有す
るまたは可塑化された変形可能な材料を押し出す。

【００２３】このように作成した薄い遷移プレートは、
各プレートの開口部がプレート積層体の隣接するプレー
トの開口部と少なくとも不完全に重なり合う態様で、積
層されてプレート積層体を形成する。この方法により、
開口部のアレイ群が、プレート積層体を貫通する導管の
アレイを形成する。

【００２４】上記導管を形成するように配置された遷移
プレート群を、次に、ダイ本体プレート内の供給孔が導
管と少なくとも不完全に重なり合う態様で、ダイ本体プ
レートに対して位置決めし、かつ吐出セクションが遷移
プレートの積層体に対し位置決めする。吐出セクション
は、隙間が吐出開口部を形成するピンのアレイからなる
ものであってもよいし、あるいは、吐出開口部が後で設
けられる平坦なプレートからなるものであってもよい。
このように配置されたダイ本体プレートと遷移プレート
群と吐出セクションとは、次に接合されて、一体の接合
型押出しダイを形成する。

【００２５】吐出セクションが平坦なプレートからなる
場合は、遷移セクション内の導管に連通する吐出開口部
を接合後に上記プレートに形成する。この開口部は、導
管から送付される押出し可能な材料を通路網を有するハ
ニカム構造体として吐出する形状を有する。吐出セクシ
ョンがピンアレイからなる場合は、このピンアレイを、
導管から吐出セクションに入る押出し可能な材料によっ
てピンの隙間が効率的に満たされ得るように形作りかつ
位置決めする。

【００２６】

【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。

【００２７】図１および図２は、従来の押出しダイの内
部構造と本発明により提供されるダイの内部構造とを比
較したものである。図１は、実際の比率または尺度を表
すものではないが、従来のダイの拡大された概略的部分
斜視図で、ダイの吐出セクションとダイの本体セクショ
ンに隣接する部分とが一部断面として示されている。図
１には、ダイ本体内の供給孔と、ダイの吐出開口部を形
成する吐出スロットとの間の遷移地帯が明瞭に示されて
いる。

【００２８】図１を参照すると、ダイ１０は、一部が符
号１２で示されている金属塊の加工によって形成されて
いる。最初に、金属塊１２の底面（不図示）への穿孔に
よって、押出されるバッチ材料のダイに対する導入口と
しての供給孔１３が形成され、次いで、吐出スロット１
７が金属塊１２の頂面すなわち吐出面１８に切り込まれ
て、供給孔１３と交差する。吐出スロット１７は、供給
孔１３内を移動してきたバッチ材料がハニカム構造体と
して面１８から吐出される吐出開口部を形成している。

【００２９】このダイ構造の１つの難点は、供給孔１３
と吐出スロット１７との間の、表面１５によって表され
ている連結地帯または遷移地帯が調和していないことで
ある。すなわち、表面１５を調和した滑らかさと形状と
をもって形成することが困難で、押し出されたハニカム
構造体の壁における不連続性を生じ得る材料流の中断を
発生し勝ちである。

【００３０】さらに、バッチ材料が、例えば供給孔１３
に平行な前進方向の流動軸線から吐出スロット１７内に
おける前進方向の流れと横方向の流れとの組み合わせと
いう風に方向を変えなければならないので、上記表面１
５はダイ内における極めて高い摩耗が生じる領域とな
る。吐出スロット１７内の横方向の流動は、バッチ材料
がダイの吐出面１８にある時点で、連続したハニカム壁
構造体に編まれるようにするために必要である。

【００３１】図２は、本発明による多層化された遷移セ
クションを備えた押出しダイの拡大された一部を断面と
する概略的部分斜視図である。図２におけるダイ２０
は、ベースセクション２２と、吐出セクション２６と、
遷移セクション２４とからなる。ベースセクションまた
はダイ本体セクション２２は供給孔２３を備え、吐出セ
クション２６は吐出面２８で終端する吐出スロット２７
を含んでいる。

【００３２】多層化された遷移セクション２４は、ベー
スセクション２２と吐出セクション２６との間に配置さ
れ、供給孔２３から吐出スロット２７へのバッチ材料の
平滑な流動と送付に必要な連結導管２９ａ，２９ｂを備
えている。図示の実施の形態では、連結導管２９ａ，２
９ｂは薄い層またはプレート２５ａ〜２５ｊの積層体に
よって形成されている。このプレートの積層体で形成さ
れた連結導管は、供給孔２３からの供給材料流を吐出ス
ロット２７へ送付するために分岐させかつ形状を変更す
るように形作られている。

【００３３】導管部分２９ａは、ベース遷移層２５ａか
ら始まり、供給孔セクション（ベースセクション）２２
における供給孔２３の終端から離れる。導管部分２９ａ
が遷移層２５ｆにおいて枝導管２９ｂに分岐しているの
で、供給材料流の分岐が生じる。図２には、各導管２９
ａから分岐する４本の枝導管２９ｂのうちの２本のみが
示されている。

【００３４】枝導管２９ｂがその断面形状を、導管の分
岐点におけるほぼ円形から終端遷移層２５ｊの出口にお
ける角の丸められた長方形に変えるので、ダイ２０内に
おける供給材料流の形状変更が達成される。かくして、
枝導管２９ｂからのバッチ材料の吐出に先立って、吐出
スロット２７を満たすのに必要なバッチ材料の横方向
（スロット方向）の流動の大部分が生じる。

【００３５】図３は、本発明によって提供されたダイ部
品と、ダイのためのダイプリフォームの組立て方法とを
示す拡大された概略的部分的分解斜視図である。図３に
示されているように、ダイの遷移セクションの層を形成
する薄いプレート３５ａ〜３５ｄの基台として用いられ
る、供給孔３３を備えたダイ本体プレート３２と、吐出
セクション３６とが配置されている。

【００３６】図示の部品配列では、４層の遷移セクショ
ンを備えたダイに必要な部品が示されており、各遷移層
３５ａ〜３５ｄは、所定の断面形状を有する開口部３９
ａ〜３９ｄのアレイをそれぞれ備えている。一連のプレ
ート上の開口部の形状は、複数枚のプレートによって形
成される導管の形状を、供給孔３３の円い形状から、こ
のアセンブリの吐出セクション３６に設けられた十字状
の吐出スロット３７間の交差部の形状に密接に一致する
十字形にまで変えるように設計されている。

【００３７】特に、図３を参照すると、第１遷移層また
はベース遷移層３５ａ上の開口部３９ａのアレイにおい
ては、開口部は、サイズにおいても形状においても、ダ
イ本体３２に形成された供給孔３３の円い形状に近似し
ている。最後の遷移層または終端遷移層３５ｄ上の開口
部３９ｄは、十字状の吐出スロット３７によって形成さ
れたスロット交差部に十字形状を有するバッチ流を供給
する形状を有する。

【００３８】図３では、プレート３６における吐出スロ
ット３７の形成は未だ完成されていない。吐出スロット
３７は、プレート３６内に中途までに延びているだけで
あり、プレート３６のエッジに沿う破線３６ａで示され
た境界面で終端している。破線３６ａで示された境界面
は、プレート３６のスロットが設けられた表面とは反対
側の実線で示された表面と平行でかつこの表面から離れ
ている。

【００３９】プレート３６の破線３６ａよりも上方の、
スロットが設けられていない材料層は、プレート３６の
加工された表面における十字状スロットによって形成さ
れたピン３７ａのための支持ベースとしての役割を果た
している。上記材料層は、図３に示す部品が組み立てら
れかつ結合されて、一体のダイプリフォームを形成する
際に、ピン３７ａの整列状態および間隔を保持しかつ維
持する。

【００４０】図３における部品の組立て工程および接合
工程において、遷移プレート（遷移層）３５ａ〜３５ｄ
は、ダイ本体プレート３２の頂面に積重ねて接合され、
中途まで延びたスロットを備えたプレート３６上のピン
３７ａの先端は、積層された遷移プレートの頂面に接合
される。かくして、吐出スロット３７に吐出のための開
口部が未だ設けられていないことを除いては、図２に示
されたものと同様の接合されたアセンブリが形成され
る。

【００４１】このアセンブリに、必要な吐出開口部を設
けるために、接合後、追加の溝切り工程によって、また
は、より好ましくは、プレート３６の破線３６ａより上
方の材料層を除去することによって、吐出スロット３７
が開口される。ダイアセンブリの後者の方法は、本発明
の一部をなしていないが、これに関しては、エイチ・ク
レイグル（H.Kragle）外の発明になる特許出願「ピンの
接合された押出しダイおよにその作成方法」の明細書に
記載されている。

【００４２】図３のように形成されたダイにおいて遷移
プレート３５ａ〜３５ｄが連続していることによって、
遷移セクションにおけるバッチ材料の吐出スロット３７
を満たす有意義な横方向の再分配が生じる。この再分配
は、供給材料流を図２に示すようにピン３７ａの側面の
みに案内するものではないが、図３のダイはスロットに
必要な横方向のバッチ流動量をかなり減少させている。
さらに、スロット交差部の形状に密接に一致する供給材
料流の形状変更により、ピン３７ａの角におけるバッチ
材料による摩耗量が実質的に低減される。

【００４３】図３には示されていないダイプリフォーム
の他の作成方法では、図示のアセンブリにおけるプレー
ト３６の代わりに、スロットが形成されていない表面を
有する吐出プレートを用いている。このプレートをアセ
ンブリの他の部品に接合した後、通常の鋸引き、放電加
工による溝切り（ＥＤＭ）、あるいは他の加工技術によ
って、吐出スロットまたは他の吐出開口部が吐出プレー
トの露出された表面上に形成される。しかしながら、接
合中に材料クリープが生じるので、前もって形成された
遷移導管と接合後に加工されたスロットとを最適に位置
合せすることはかなり困難である。したがって、遷移セ
クションの導管にスロットを最良に位置合わせするに
は、また、図３に示されているような複雑な断面を有す
るスロットの形成を容易にするには、図３に示されてい
るように、ダイの吐出セクションとして、予めスロット
を備えた面板を用いることが好ましい。

【００４４】図３に示されているダイの吐出セクション
におけるスロット３７のようなスロットの形成および／
または仕上げには、周知の溝切り方法のいずれを用いて
もよい。このような方法の具体例には、放電加工（ＥＤ
Ｍ）および精密鋸引きが含まれる。しかしながら、上述
のハニカム押出しダイのために好ましい溝切り方法は、
砥石車による研削である。小型で薄いボラゾン（立方晶
窒化ホウ素）砥石車のような工具を用いた砥石車研削
は、低価格、高速および良好なスロット側壁の仕上げに
関して格別の利点がある。さらに、砥石車研削は、図３
に示されているような二重の幅を有するスロット３７ａ
の形成に特に適している。

【００４５】同様に、ダイの本体プレートまたは供給孔
セクション内の供給孔アレイの形成には、周知の穿孔方
法のいずれを用いてもよい。特に適切な方法には、ガン
ドリリングおよび放電加工（ＥＤＭ）が含まれる。本体
プレートが、従来のダイにおける図１に示されているよ
うな盲孔でなく透孔を備えているので、ホーニングある
いは孔を滑らかにする他の二次工程を必要に応じて容易
に採用することができ、供給孔の仕上げ状態および一様
性が改善される。

【００４６】本発明の押出しダイの境界セクションを形
成するのに用いられる薄いプレートの組成、数および厚
さは、ダイが意図している個別の押出し適用性の要求に
合致するように選択される。しかしながら、一般に、プ
レートの厚さおよび孔のパターンは、プレート間におけ
る導管の大きさ、形状または流動方向の急激な変化を避
けるように選択される。これらのダイにおける遷移セク
ションは、積層されたプレートによって生み出された一
連の階段でバッチの流れの方向を変えるという観点から
有用である。使用されるプレートが薄いほど、階段が細
かくなり、したがって、流れの遷移はより滑らかにな
る。プレート間の孔の偏差を制限することによって急激
な方向変換は避けられ、孔の偏差は、隣接するプレート
における孔の中心間の角度によって測定される。プレー
トの数を、供給材料流に望まれる管制レベルと増大する
プレート総数とコストとを釣合わせるように選択する。

【００４７】ダイの遷移セクションを構成するのに用い
られる薄いプレートは、従来の加工技術で作成できる
が、フォトエッチング法によって作成するのがより適切
である。フォトエッチング法は、孔のエッチングされた
プレートを融通性をもってかつ経済的に作成し得る確立
された成熟した加工技術である。

【００４８】前述の記載に示唆されているように、本発
明の多層遷移セクションを備えたダイは、供給材料流の
方向変換機能から、供給材料流を分岐させ、または形状
を変える機能を分離させる点で極めて効果がある。すな
わち、供給材料流の方向変換、分岐および／または形状
変更のそれぞれは、ほとんど他との関連なしに最も望ま
しい形で達成される。例えば、プレート積層体の最初の
複数のプレートが、ダイの四辺形のセルの４つの側面に
向かって方向付けされた４本のより細い供給材料流に供
給材料流を分岐させ、同一地点または分岐点よりも下流
でプレート積層体がより細い供給材料流の形状および／
または容積を所望のように変えることができる。かくし
て円形の支流を、供給しようとするダイの吐出スロット
によりよく一致する細長いまたは直線的な断面形状を有
する支流に形状を変えることが可能になる。

【００４９】低い流動抵抗という観点から、遷移セクシ
ョンのための最も効率的な形状は、遷移セクション内部
における押出し可能な材料の流動軸線が、その長さ方向
に沿ういずれの点においても、供給孔および吐出面を通
るバッチの縦方向の流れから角度約３０°よりも大きく
はずれないことである。この薄板の重ね合わせからなる
ダイの遷移セクションの遷移層の適切な選択によって、
上記限定を超えることなしに供給孔からの流れの効率的
な方向変換および／または分岐を生じさせるためには、
例えば５〜１０層というような極めて少ない層を用いる
ことが必要となる。

【００５０】一方、遷移セクションの内壁を「平滑にす
る」ためには、例えば１０〜５０ないし１００層という
ようなより多くの層を用いるべきである。このように遷
移セクションの内壁を平滑にすると、精巧に構成された
導管内におけるバッチ堆積点または「デッドスポット」
を減らすか実質的になくすかすると同時に、ある場合に
は供給材料流の方向変換または形状変更にも利益をもた
らす。

【００５１】より多数の遷移層または遷移プレートを用
いる場合は、通常はより薄いプレートを用いることにな
り、「段差」の大きさを小さくして遷移導管を平滑にす
る目的と一致する。しかしながら、遷移プレート数の少
ないダイにおいてさえ、プレートの厚さは一般に０．０
２０インチ（５００ミクロン）を超えないであろうし、
より典型的には厚さ０．００５〜０．０１０インチ（１
２５〜２５０ミクロン）である。特に、ある程度高い費
用が必要になるにもかかわらず、孔の側壁に対し厳しい
許容誤差および優れた直角性が要求される場合には、厚
さ０．００２インチ（５０ミクロン）の、またはそれよ
りも薄いプレートも原則的に使用してもよい。

【００５２】図３の導管構造においては、供給材料流は
外形を変えられても分岐されはしない。図４は、図２の
構造にもっと類似した遷移導管構造のための孔の（拡大
された）形状進行を示し、導管は供給材料流の分岐と形
状変更との双方を行なう。

【００５３】図４の導管構造を備えた遷移セクション
は、６層の遷移層からなり、各層は、図４に示された形
状進行の中の１つの形状に対応した形状を有する開口部
のアレイを備えている。図４における形状４９ｂを有す
る開口部のアレイを備えた層は、隣接する供給孔セクシ
ョン（ダイ本体セクション）内の供給孔からのバッチ流
を４つの支流に分岐させる。これに続いて、図４におけ
る形状４９ｃ〜４９ｆを有する開口部は、四角いセルを
備えたハニカム構造体のための押出しダイの吐出セクシ
ョン内のスロットセグメント部分の基部への押出しに適
合するように、各支流を細長い断面形状を有するものに
形状変更する。

【００５４】多層遷移セクションに積層されると、図４
に示す孔形状を備えたこれら層は、図５の拡大平面図に
概略的に示されているような導管を形成する。図５は、
ダイのベースプレート内の供給孔４３の大きさおよび形
状を、積層された遷移層内の図４に示された形状を有す
る開口部と比較したものである。

【００５５】図５に示された形状比較は、遷移層の開口
部を正しく重ね合わせる態様で、図４の孔形状を重ね合
わせることにより、形状４９ａ（形状においても大きさ
においても供給孔４３に密接に調和する）から細長い形
状４９ｆ（形状においても大きさにおいても吐出スロッ
トセグメントに近い）まで連続した導管を得る方法を示
している。また、図５は、分岐された導管の、紙面に対
して垂直である供給孔４３の流動軸線からの角度を示唆
している。供給孔４３の流動軸線と、分岐された導管の
流動軸線とのなす角度は、遷移層の厚さと、各遷移層ら
次の遷移層までの開口位置のずれとから計算可能であ
る。

【００５６】三角形セルを備えたハニカム構造体を押し
出すための押出しダイの遷移セクションの構造が図６に
示されている。図６の図形の形状進行は、単一の円形の
供給材料流を３本の細長い供給材料流に、分岐させ、形
状変更し、方向変換を行なって、押出し可能な材料を、
ダイの吐出面における三角形の「ピン」の周りに一様に
供給するように構成されている。この構造に見られるよ
うに、各供給孔からの供給材料流の分岐が導管形状５９
ｂを有する遷移層で生じ、その結果生じた３つの支流の
それぞれの形状の形状変更が形状５９ｃから５９ｊまで
で行なわれる。

【００５７】前述のように、押出し可能な材料のダイの
供給孔からの流れの複数化または分岐は、これらのダイ
の単一の遷移セクションにおける多段階において多数回
実行することができる。２段階分岐のための導管構造が
図７および図８に概略的に示されている。１番目の分岐
段階に対応する図７においては、円形の供給孔６３から
の供給材料流が導管形状６９ａを有する最初の遷移層で
４本の支流に分岐され、次に各支流が、導管形状６９ｂ
〜６９ｇの形状進行によって、対称的な八角形の断面形
状を有するものに形状変更される。

【００５８】図８に示されている２番目の分岐段階にお
いては、図７の１番目の分岐段階における形状６９ｇを
有する開口部からの八角形の支流のそれぞれが形状６９
ｈを有する開口部を備えた遷移層で４つのより細い支流
に分岐される。その後、より細い支流のそれぞれは、導
管形状６９ｉから始まり導管形状６９ｋで終わる導管開
口部の形状進行によって、四角いセルを備えたハニカム
構造体のための押出しダイのスロットセグメントに押出
し可能な材料を一様に供給するのに適した細長い流れ形
状に形状変更される。この多段階分岐方法の明らかな利
点は、押し出されたハニカム製品の４個のセルがダイ本
体プレート内の１個の供給孔６３からの供給材料流によ
って完全に形成されるということである。これにより、
精巧な構成を有するハニカム製品に必要な供給孔の数が
著しく減少される。

【００５９】ダイのダイ本体プレートと遷移セクション
プレートと吐出セクションプレートとを、本発明に従っ
て、図示のように最終的な押し出しダイのためのプリフ
ォームに結合することは、通常の金属固定手法または金
属結合手法を用いて達成することができる。原理的に
は、半田付け、ろう付け、あるいは機械的固定等を含む
いずれの組立て法をも用いることができるが、より好ま
しい組立て法は拡散接合法である。後者の方法により、
精巧な構成を有する押出しダイに必要な強度および寸法
的な目標に直ちに適合する一体のダイアセンブリが形成
される。

【００６０】ポーロニス（Paulonis）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、同様
の材料の良好な拡散接合を促進する。

【００６１】下記の具体例を参照して本発明についてさ
らに記述するが、この具体例は、限定でなく説明を意図
したものである。

【００６２】具 体 例 ハニカム押出しダイの供給セクションと、遷移セクショ
ンと、吐出セクションとのための部品を先ず選択する。
ダイ本体プレートからなる供給セクションは、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。この鋼板の板面には、ガンド
リルで約１００孔／平方インチ（１６孔／cm² ）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。

【００６３】押出しダイの遷移セクションは、６枚の薄
いステンレス鋼板の積層体から形成する。各鋼板は約
０．０１０インチ（０．２５０mm）の厚さを有し、４１
０タイプのステンレス鋼から形成する。遷移プレートの
開口部を、通常のフォトエッチング法を用いた選択的エ
ッチングによって形成する。各遷移プレートは、図４に
示された孔形状４９ａ〜４９ｆのうちの１つとほぼ一致
するパターンを有するように加工する。遷移プレート
（ａ）は、本体プレート内の供給孔と数および大きさに
おいてほぼ一致する孔を備えており、これらの孔は供給
孔に近い形状を有する。これによって、接続された供給
孔からの供給材料流を容易に進入させる。遷移プレート
（ｂ）は、図４の形状４９ｂのような、各供給材料流を
４本の支流に分岐させる孔のアレイを備えているが、遷
移プレート（ｃ）〜（ｆ）は各支流の形状を順次変更し
て、遷移セクションから吐出セクションへの出口におい
て細長い断面形状を有する供給材料流にする。

【００６４】このダイの吐出セクションは、４２２ Ｐ
Ｍタイプのステンレス鋼からなる硬化された鋼製面板か
らなる。このプレート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つのアレ
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。両アレイは互いに９０°の角度をなして交差して
おり、各アレイは、２．５mm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。

【００６５】上記面板の一方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、加工表面から約０．８９mm（０．０３
５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。

【００６６】このように作成した本体プレートと遷移プ
レートと吐出面板とを、次に押出しダイのためのプリフ
ォームに組み付ける。遷移プレート群を、本体プレート
上に（ａ）〜（ｆ）の順に積層し、これらを、遷移プレ
ート群内のすべての導管と供給孔との正確な重ね合せが
保証されるように注意深く位置合せする。次に、鋼製面
板を、その研削された（スロットが形成された）表面を
遷移セクションの１番上の遷移プレート（ｆ）に接触さ
せる態様で、遷移プレート積層体の頂部上に位置決めす
る。上記面板を、そのスロットセグメントのそれぞれが
積層体の１番上の遷移プレートにおける細長い支流導管
の１つに位置合せされるように、積層された遷移プレー
ト上に注意深く位置決めする。

【００６７】このように位置合せされたダイ部品を、次
に加熱および加圧状態で接合して一体のダイプリフォー
ムとする。ここで用いられる接合方法は、結合される各
１組の層の２つの金属面の一方の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。この積重ね体を最大９９２ポンド／平
方インチ（６．８４ＭＰａ）の圧力下で最高１０００℃
の温度に加熱することによって、全ての層が永久的に接
合された一体のプリフォームアセンブリが得られる。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。

【００６８】このようにして得られた接合されたプリフ
ォームには、次に面板研削を施す。この工程では、面板
の露出面から材料層を除去する。この除去される材料層
は、面板の反対側の面に切り込まれた吐出スロットの先
端を露出させるのに充分な厚さを有する。材料表面の所
望の層を除去するのにはワイヤ放電加工を用いる。

【００６９】最後に、露出された吐出スロットを備えた
面板には、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。必要に応じ
て、次に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、炭窒化チタン等がある。

【００７０】上述の具体例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
の出口セクションに送付される材料の流れは、形状を変
更され、および／または、例えばピンの側面または吐出
開口部の「中央スロット」部分のような任意の位置に供
給されるから、ピンの摩耗は、ピン基部の角部よりも傷
付きやすくないピンの側面付近で生じ得る。このこと
は、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になる。

【００７１】供給材料流の方向変化および形状変化が比
較的徐々にかつ供給材料流のピン基部への送付に先だっ
て生じるという事実もまた、ピンの摩耗を低減し、かつ
これに比例してダイの寿命を延長させる。従来のダイの
作成時における穿孔誤差に起因する、供給孔と吐出スロ
ットとの位置ずれは完全に回避され、また、このような
従来のダイ内の供給孔と吐出スロットとの境界における
供給材料流の９０°方向変換を最早必要としないため
に、供給材料の流動抵抗も最小になる。

【００７２】このようなダイ構造のさらに重要な利点
は、分岐供給型遷移セクションの使用によって、多セル
形成用ダイにおける供給孔の数を減らすことができるこ
とである。かくして、前述したように、遷移セクション
内における供給材料流の分岐が、１段階、２段階あるい
はさらに多くの段階で実行可能になる。このやり方にお
いては、ダイ本体内の１つの供給孔が遷移セクション内
の多分岐段階において３ないし４本の支流に分岐され
て、ダイの出口セクションにおける９個，１６個または
さらに多くのスロットセグメントに押出し可能な材料を
供給することが可能になる。このようなダイは、供給孔
の数が減らされているために、従来の多セル形成用ダイ
よりも強く、より低コストであり、これに対応して、供
給孔の粗さの変化に対してより鈍感になるのみでなく、
供給孔のバッチ流動抵抗が低減される。

【００７３】最後に、これらのダイは、従来の供給孔パ
ターンを用いたのでは材料を一様に供給するのが極めて
困難であった長方形のセル形成用ダイのような例外的な
ダイ形状に関しても、優れた性能を約束する。通常の供
給孔アレイと特注の吐出スロットアレイとの間に設けら
れた、任意の大きさ、形状および数を有する遷移導管を
備えていることにより、このようなダイの吐出セクショ
ンに対するバッチ材料の分配に関して極めて優れた管制
を行なう能力があり、ダイ吐出面を通過する極めて平坦
な流動前面と、セルの角部およびウェブ部における材料
のより密接な結合が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の押出しダイの一部を断面とした斜視図

【図２】本発明により作成された押出しダイの一部を断
面とした斜視図

【図３】本発明による押出しダイの部品および組付け方
法を示す分解斜視図

【図４】本発明による押出しダイにおける遷移セクショ
ンの導管のために各遷移層に形成される開口部の形状進
行を示す図

【図５】図４の導管形状を有する遷移セクションの導管
の形状および大きさを供給孔と比較した概略的平面図

【図６】本発明による押出しダイにおける遷移セクショ
ンの導管のために各遷移層に形成される開口部の形状進
行の他の例を示す図

【図７】本発明による押出しダイにおける遷移セクショ
ンの分岐導管の１番目の分岐ステージの概略的平面図

【図８】本発明による押出しダイにおける遷移セクショ
ンの分岐導管の２番目の分岐ステージの概略的平面図

【符号の説明】

１０，２０，３０ ダイ １３，２３，３３，４３，６３ 供給孔 ２２ ベースセクション（ダイ本体セクション） ２４ 遷移セクション ２５ａ〜２５ｊ，３５ａ〜３５ｄ 遷移層（遷移プレ
ート） ２６ 吐出セクション ２７，３７ 吐出スロット ２８ 吐出面 ２９ａ，２９ｂ 導管 ３２ ダイ本体プレート ３７ａ ピン ３９ａ〜３９ｄ，４９ａ〜４９ｆ，５９ａ〜５９ｊ
開口部形状

フロントページの続き (72)発明者 デイヴィッド ロバートソン トレイシー ジュニア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14903 エルミラ ヴァレイ ヴィュー ドライ ヴ 124

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押出し可能な材料を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、 前記押出し可能な材料を、通路網を有するハニカム構造
   体として吐出するための、吐出開口部を備えた吐出面で
   終端する吐出セクションと、 前記供給セクションと前記吐出セクションとの間に配置
   された遷移セクションとからなり、 該遷移セクションは、積層された複数の薄い遷移層によ
   って形成され、かつ、前記押出し可能な材料を前記供給
   セクションと前記吐出セクションとの間の供給材料流と
   して搬送するための、前記遷移層に設けられた開口部の
   連続によって形成された複数の導管を内蔵する、 ことを特徴とするハニカム押出しダイ。
2. 【請求項２】 前記供給孔が、前記押出し可能な材料の
   流れの軸線に対し平行であり、 前記遷移セクションが、前記供給セクションに隣接する
   入口遷移層と、前記吐出セクションに隣接する出口遷移
   層とを備え、 前記入口遷移層と前記出口遷移層との間で、前記導管
   が、(1) 枝導管に分岐し、(2) 前記流れの軸線に対し平
   行ではない方向を有し、および／または、(3) 断面形状
   を変える、ことを特徴とする請求項１記載のハニカム押
   出しダイ。
3. 【請求項３】 前記遷移セクションが、接合された少な
   くとも４層の金属層からなり、各層が約１mmを超えない
   厚さ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。
4. 【請求項４】 前記遷移セクションが、５〜５０層の遷
   移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。
5. 【請求項５】 前記吐出セクションがピンのアレイを備
   え、各ピンが、(1)その取付け端において前記出口遷移
   層の面に接合され、(2) 前記吐出面上にある外側端部に
   おいて終端し、(3) 隙間になっている空間によって隣接
   するピンから分離されており、 前記吐出開口部が前記隙間になっている空間によって形
   成されている、ことを特徴とする請求項１記載のハニカ
   ム押出しダイ。
6. 【請求項６】 前記ピンが、その前記取付け端におい
   て、前記外側端部におけるよりも小さい断面積を有する
   ことを特徴とする請求項５記載のハニカム押出しダイ。
7. 【請求項７】 (1) ハニカム押出しダイの供給セクショ
   ン内に延びる複数の供給孔内に、押出し可能な材料を複
   数の供給材料流として導入し、 (2) 前記供給材料流を、前記供給孔から、前記供給材料
   流の搬送のために前記供給孔に接続された複数の導管を
   備えた、前記供給セクションに隣接する多層遷移セクシ
   ョンに送付し、 (3) 前記供給材料流を、前記遷移セクション内の導管の
   内部で方向変換し、形状を変更し、および／または分岐
   させて、方向を変換され、形状を変更され、および／ま
   たは分岐された押出し可能な材料の複数の供給材料流を
   生じさせ、 (4) 前記方向変換され、形状を変更され、および／また
   は分岐された供給材料流を、前記遷移セクションから、
   前記導管に接続されかつ前記押出し可能な材料を通路網
   を有するハニカム構造体として吐出する輪郭を有する吐
   出開口部を備えた、前記遷移セクションに隣接する吐出
   セクションに送付し、 (5) 前記押出し可能な材料を前記吐出開口部からハニカ
   ム製品として吐出する、各工程からなることを特徴とす
   るハニカム製品の押出し方法。
8. 【請求項８】 前記供給材料流が１つの流動軸線に沿っ
   て前記供給孔を流れ、 前記供給材料流が、前記導管の少なくとも一部分内で、
   前記流動軸線から方向的に異なる流路に沿って方向変換
   されることを特徴とする請求項７記載のハニカム製品の
   押出し方法。
9. 【請求項９】 前記供給材料流が、前記導管内で分岐さ
   れて分岐供給材料流を形成し、 該分岐供給材料流が、前記吐出セクションに送付される
   ことを特徴とする請求項８記載のハニカム製品の押出し
   方法。
10. 【請求項１０】 複数の供給孔をダイ本体プレート内に
    形成し、 複数の薄い遷移プレートのそれぞれに開口部のアレイを
    形成し、 前記薄い遷移プレートを、各遷移プレートの前記開口部
    がプレート積層体の隣接する遷移プレートの開口部に対
    し少なくとも不完全に重なり合う態様で、かつ前記開口
    部のアレイ群が前記プレート積層体を貫通する導管のア
    レイを形成する態様で、積層してプレート積層体を形成
    し、 該プレート積層体を、前記供給孔が前記導管に対し少な
    くとも不完全に重なり合う態様で、前記ダイ本体プレー
    トに対して位置決めし、 ダイの吐出セクションを前記プレート積層体に対して位
    置決めし、 前記ダイ本体プレートと、前記プレート積層体と、前記
    吐出セクションとを結合して押出しダイプリフォームを
    形成する、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。
11. 【請求項１１】 前記ダイ本体プレートと、前記プレー
    ト積層体と、前記吐出セクションとがステンレス鋼で形
    成され、拡散接合法により一体に結合されることを特徴
    とする請求項１０記載のハニカム押出しダイの作成方
    法。
12. 【請求項１２】 前記複数の遷移プレートが、５〜５０
    枚のプレートからなり、各プレートが、１２５〜５００
    ミクロンの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項
    １０記載のハニカム押出しダイの作成方法。