JPS63299902A - 押出し成形金型とそれを用いたセラミックハニカム構造体の押出し成形方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は押出し成形金型とそれを用いたセラミツクハニ
カム構造体の押出し成形方法に関し、更に詳しくは内燃
機関の排出ガス浄化用の触媒担体、熱交換器あるいは過
給機用ロータ等の複数の隔壁厚を有するセラミックハニ
カム構造体の押出し成形金型、およびこれを用いたセラ
ミックハニカム構造体の押出し成形方法に関する。

以下、セラミックハニカム構造体とは、隔壁により区分
された複数の貫通孔を有する構造体をいう。

［従来の技術］ 従来、少なくとも２種以上の膜厚を有するセラミックハ
ニカム構造体としては、自動車の排気ガス浄化用触媒担
体としてハニカム構造体の外周縁部の機械的強度を向上
するため、そのハニカム構造体の最外周壁を厚く形成し
たり（特公昭５４−２８８５０号公報参照）、ハニカム
構造体の内部より外周辺の隔壁厚を大きくしたり（特公
昭５７−５０１７０号公報参照）するものが知られてい
る。このような構造体の押出し成形金型としては、セラ
ミックハニカム構造体の断面形状に対応した成形溝の外
周縁部上に押え板を設けて、成形溝の外周縁部に相当す
る押出された隔壁を合体する構造の金型、また、単に成
形溝の溝巾寸法に対応して広く形成したセラミック坏土
供給孔とを備えた金型が提案されている。

しかし、これらの構造の金型は、貫通孔の形状が三角、
四角等の幾何学的に比較的単純で隔壁厚の変化が比較的
少ないハニカム構造体の押出しに適用できるが、過給機
用ロータ等の隔壁厚が２種以上あり、しかも貫通孔の形
状が複雑なセラミックハニカム構造体に対しては、坏土
の押出し速度が不均一となるため、押出し成形が不可衡
となっていた。

その点を解消するため、本出願人は先に、第６図および
第７図に示すように、セラミックハニカム構造体の断面
形状に対応した成形溝２　（２ａ。

２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）およびその成形溝２の交叉部
あるいは稜辺部に連通ずるセラミック坏土供給孔３　（
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）を備え、隔壁厚が小な
る成形溝２ｂ、２ｃ、２ｄに連通するセラミック坏土供
給孔３ｂ、３ｃ、３ｄの水力直径が隔壁厚が大なる成形
溝２ａ、２ｅに連通するセラミック坏土供給孔３ａ、３
ｅの水力直径より大きく形成されてなる、セラミックハ
ニカム構造体の押出し成形金型を提案した（特開昭６０
−６７１１１号公報参照）。

［発明が解決しようとする問題点］ このセラミックハニカム構造体の押出し成形金型は、上
記のごとき構成を有するため、この金型を用いれば、隔
壁の厚い部分および薄い部分とも同一押出し速度で成形
されることになり、健全なセラミックハニカム構造体を
得ることができるものである。

しかしながら、この押出し成形金型にあっては、セラミ
ック坏土が押出されるに際し、セラミック坏土供給孔３
ａ、３ｅから隔壁厚が大なる成形溝２ａ、２ｅに至る移
行点において、急激に広がりながら隔壁を形成していく
ため、セラミック坏土供給孔から出る坏土が隔壁を形成
していく過程において、坏土相互間で融着する力が弱く
なり、その結果、外周壁及び内周壁はセラミック粒子の
充填が粗でかつ不均一になるため、粗にもとず〈微細な
りラックが壁の内部に多発する。従って焼成後に外周壁
及び内周壁を研削加工すると、すし、模様などの欠陥が
現われるとともに、押出し方向に平行にクラックが生じ
る欠点があった。

［問題点を解決するための手段コ そこで、本発明者らは、前記従来技術における問題点を
解決するため、鋭意研究した結果、隔壁厚が大なる成形
溝に連通ずるセラミック坏土供給孔の成形溝への連通路
を屈曲させることにより、この問題点を解決できること
を見出し、本発明に至った。

即ち、本発明によれば、複数の隔壁厚と少なくとも二つ
以上の貫通孔を有するセラミックハニカム構造体の押出
し成形金型において、セラミックハニカム構造体の断面
形状に対応した成形溝およびその成形溝の交叉部あるい
は稜辺部に連通するセラミック坏土供給孔を備え、隔壁
厚が小なる成形溝に連通ずるセラミック坏土供給孔の水
力直径が隔壁厚が大なる成形溝に連通ずるセラミック坏
土供給孔の水力直径より大きく形成されていると共に、
隔壁厚が大なる成形溝に連通ずるセラミック坏土供給孔
の該成形溝への連通路が屈曲していることを特徴とする
押出し成形金型、およびセラミック坏土を、複数の隔壁
厚と少なくとも二つ以上の貫通孔を有し、セラミックハ
ニカム構造体の断面形状に対応した成形溝およびその成
形溝の交叉部あるいは稜辺部に連通ずるセラミック坏土
供給孔を備え、隔壁厚が小なる成形溝に連通ずるセラミ
ック坏土供給孔の水力直径が隔壁厚が大なる成形溝に連
通ずるセラミック坏土供給孔の水力直径より大きく形成
されていると共に、隔壁厚が大なる成形溝に連通ずるセ
ラミック坏土供給孔の該成形溝への連通路が屈曲してな
る押出し成形金型のセラミック坏土供給孔に押圧供給す
ることにより、隔壁厚が大なる部分および隔壁厚が小な
る部分とも同一速度にて押出すことを特徴するセラミッ
クハニカム構造体の押出し成形方法、が提供される。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基き、詳細に説明す
る。

第１図、第２図、第３図、第４図および第５図に示すよ
うに１本発明に係るセラミックハニカム構造体の押出し
成形金型（以下、金型と称す）１は、主として押出し成
形機側に配置されるセラミック坏土供給孔（以下、供給
孔と称す）３，３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅとその供
給孔に連接し供給孔に供給されたセラミック坏土を所望
のセラミックハニカム構造体に成形する成形溝２，２ａ
、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅから構成される。即ち、成形
溝はセラミックハニカム構造体の隔壁、内周壁および外
周壁を形成するので、隔壁の厚さの種類に応じて、例え
ば、隔壁の厚さが大きいものに対して成形幅は大きい成
形溝２ａ、２ｅ、隔壁の厚さが小さいものに対して成形
幅は小さい成形溝２ｂ、２ｃ、２ｄが設けられる。

以上の構成において、本発明では、隔壁厚が大なる成形
溝２ａ、２ｅに連通するセラミック坏土供給孔３ａ、３
ｅの該成形溝２ａ、２ｅへの連通路か屈曲してなること
を特徴としている。

連通路を屈曲させることにより、供給孔から供給される
セラミック坏土に剪断力が加わると同時に坏土は横方向
に押出されるため、セラミック坏土同志の融着力が強く
なり、前記した従来技術のごとく、得られるセラミック
ハニカム構造体に欠陥が生じるということがない。

ここで、連通路の屈曲角度としては、坏土同志の融着力
の観点から、押出し方向に対し３０度以上曲げることが
好ましく、直角が特に好ましい。

また、連通路の屈曲は１回だけでなく、２回以上設けた
構造とすることは更に好適なものである。

外周壁および内周壁は第３図に示すように、金型１を成
形機のシリンダー４に取り付けるための金型取り付は枠
５の内周面により外周壁の一部を形成するようにし、一
方、金型ｌの一部を構成するリング片５′の外周面によ
り内周壁の一部を形成するようにしてもよく、また、第
５図に示すように、外周壁はリング８によりその一部を
形成し、内周壁は円板８′によりその一部を形成しても
よい、さらに他の実施例である第４図に示すように、略
均等な水力直径な増する供給孔３の成形溝のシリンダー
４側、即ち、供給孔３のセラミック坏上流入部に、成形
幅の大きい成形溝２ａ、２ｅに水力直径が小さい開口部
６ａ、６ｅを、成形幅の小さい成形溝２ｂ、２ｃ、２ｄ
に水力直径が大きい開口部６ｂ、６ｃ、６ｄを夫々対応
させた金属板７を成形金型１の供給孔側に設けてもよい
。

金属板によってセラミック坏土の流動を制御する成形金
型は、成形溝部と供給孔部とを別々に作成し、セラミッ
クハニカム構造体の形状に応じて組合わせる場合、ある
いは成形溝と供給孔の部分的にセラミック坏土の流動を
制御する場合に有効である。

成形溝はセラミックハニカム構造体の形状に応じて、第
３図、第４図および第５図に示すように種々の形状およ
びその配置をすることができ、その寸法およびその金型
材質により放電加工等の公知の方法によって形成される
。

成形溝の溝幅は最大幅Ｔ、と最小幅Ｔ２の比が、１＜Ｔ
＋　／ｒ、≦３００の範囲が可能である。

この比が３００より大きい場合は大きい成形溝に対応す
る供給孔の寸法を極めて小さくする必要があり１機械加
工が困難となる。

供給孔は成形溝の交叉部あるいは稜辺部に成形機のシリ
ンダー側に設けられ、その水力直径は成形溝幅寸法に対
応していることが必要である。

すなわち、第３図乃至第５図に示すように、成形幅が大
きい成形溝２ａ、２ｅには水力直径が小さい供給孔３ａ
、３ｅが、成形幅が小さい成形溝２ｂ、２ｃ、２ｄには
水力直径が大きい供給孔３ｂ、３ｃ、３ｄがそれぞれ対
応して連接している。

ここで、成形溝と供給孔が連接しているということは、
成形機から押出されるセラミック坏土がシリンダー４内
を経て供給孔に入り、次いで成形溝内で押出し方向と直
角方向に流動しセラミック坏土が合体することを意味す
る。セラミック坏土が成形溝内で合体するためには、供
給孔の寸法、数およびその配置は成形溝をセラミック坏
土が充分に充填するようにする必要があり、一方、成形
溝の深さはセラミック坏土が充填するようにする必要が
ある。

次に、本発明の成形金型による複数の隔壁厚みを有する
セラミックハニカム構造体が成形される工程を説明する
。

シリンダー４内のセラミック坏土は成形機により、まず
成形金型１の供給孔３に抑圧供給される。ここで、水力
直径の小さな供給孔３ａ、３ｅのセラミック坏土は、水
力直径の大きい供給孔３ｂ、３ｃ、３ｄのそれより供給
孔の内面壁より大きな抵抗を受けるので、セラミック坏
土の流動速度が小さくなる。一方、成形溝２においては
、成形溝幅の大きな成形溝２ａ、２ｅにおけるセラミッ
ク坏土の成形速度は成形溝幅の小さな成形溝２ｂ、２ｃ
、２ｄにおけるセラミック坏土の成形速度より大きくな
る。即ち、金型前面におけるセラミック坏土の押出し成
形速度は、供給孔３および成形溝２の寸法により相補制
御され、隔壁の厚い部分および薄い部分とも同一押出し
成形速度で成形されることになる。

さらに、隔壁厚が大なる成形溝２ａ、２ｅに連通するセ
ラミック坏土供給孔３ａ、３ｅの該成形溝への連通路が
屈曲しているため、セラミック坏土が成形溝において横
方向に流動し、そこでセラミック坏土が大きな融着力に
て合体することになり、第８図に示すような極めて健全
なセラミックハニカム成形体が得られ、その後、焼成を
行うことにより、クラック等の生じない、例えば第９図
および第１０図に示す如き圧力波式過給機用セラミック
ローターを得ることができる。

以下、本発明の更に具体的な実施結果を説明する。

（実施例） 粒子径５．０４ｍの窒化珪素粉末９０重量部に、焼結助
剤として酸化マグネシウム粉末５．０重量部、酸化セリ
ウム粉末４．２重量部、酸化ストロンチウム粉末０．８
重量部を配合したセラミック粉末１００重量部に、成形
助剤として主とじてメチルセルロースからなる有機バイ
ンダー６重量部、水２３重量部を混練した押出し成形材
料を、第３図に示す態様の成形金型であって、外周及び
内周殻の成形溝２ａ、２ｅの幅が各々５　ｍ　ｍ　、セ
ルを構成する隔壁の成形溝２ｂ、２ｃ、２ｄの幅が、２
ｂ＝２ｄ＝０．７ｍｍ、２ｃ＝１．０ｍｍである成形金
型ｌにより押出し成形し、外径１４０ｍｍ、長さ２００
ｍｍの成形体を得た。この成形体より押出し方向に長さ
１０ｍｍの成形体を切出し、Ｘ線透過試験法により、外
周壁および内周壁に内在する欠陥を検出しようとしたが
、見つからなかった。

次に、残りのセラミック成形体を電子レンジを用いて水
分の３０％を除去した後、７０℃の熱風を貫通孔に送風
することにより水分を除去した。

次いで、これを大気中において５００℃て仮焼し、有機
バインダーを除去した後、窒素雰囲気下、１７５０℃で
２時間焼成し、焼結体を得た。

更にこの焼結体を、ダイヤモンドホイールを用いてその
外周、内周及び端面を所望の形状にし、圧力波式過給機
用セラミックローターを得た。

目視検査によりクラック等の欠陥の発生の有無を調べた
ところ、このローターには欠陥は殆ど検出されなかった
。

一方、比較のため、従来の第６図及び第７図に示す金型
な用いて、前記と同一の条件で押出し、外径１４Ｑｍｍ
の成形体を得た。この成形体より押出し方向に長さ１０
ｍｍの成形体を切り出し、Ｘ線透過試験法により、外周
壁および内周壁に内在する欠陥を調べたところ、外周壁
、内周壁ともに欠陥が内在していることを突きとめた。

残りの成形体を乾燥後、焼成し研削加工してセラミック
ローターを得たところ、ローターには押出し方向と平行
にすし状のクラックや坏土の流れを表わす円弧状のクラ
ックが外周壁に発生していた。

［発明の効果１ 以上詳細に説明したように、本発明の押出し成形金型に
よれば、隔壁厚が小なる成形溝に連通ずるセラミック坏
土供給孔の水力直径が隔壁厚が大なる成形溝に連通ずる
セラミック坏土供給孔の水力直径より大きく形成されて
いると共に、隔壁厚が大なる成形溝に連通ずるセラミッ
ク坏土供給孔の該成形溝への連通路を屈曲させているた
め、セラミック坏土に剪断力が加えられ、その結果、大
きな融着力にて合体することになり、極めて健全なセラ
ミックハニカム構造体が得られるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す押出し成形金型の押出
す側からの正面図、第２図は本発明の他の実施例を示す
押出し成形金型の押出す側からの正面図、第３図は第２
図のＢ−Ｂ’断面図、第４図は本発明の他の実施例であ
る金属板を取り付けた成形金型の断面図、第５図は第１
図のＡ−Ａ’断面図、第６図は従来の押出し成形金型の
断面図、第７図は第６図のｃ−ｃ’断面図、第８図は本
発明によって成形されるセラミックハニカム成形体の正
面図、第９図及び第１Ｏ図は、ともに本発明により得ら
れる成形体を用いて作成される圧力波式過給機用セラミ
ックローターの例で、第９図は斜視図、第１Ｏ図は正面
図である。 １・・・押出し成形金型、２，２ａ、２ｂ、２ｃ。 ２ｄ、２ｅ−−−成形溝、３，３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
、３ｅ・・・セラミック坏土供給孔、４・・・成形機の
シリンダー、５・・・金型取り付は枠、５′・・・リン
グ片、６，６ａ、６ｂ、６ｃ、ａｄ、６ｅ−開口部、７
・・・金属板、８・・・リング、８′・・・円板、９・
・・ボルト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の隔壁厚と少なくとも二つ以上の貫通孔を有
   するセラミックハニカム構造体の押出し成形金型におい
   て、セラミックハニカム構造体の断面形状に対応した成
   形溝およびその成形溝の交叉部あるいは稜辺部に連通す
   るセラミック坏土供給孔を備え、隔壁厚が小なる成形溝
   に連通するセラミック坏土供給孔の水力直径が隔壁厚が
   大なる成形溝に連通するセラミック坏土供給孔の水力直
   径より大きく形成されていると共に、隔壁厚が大なる成
   形溝に連通するセラミック坏土供給孔の該成形溝への連
   通路が屈曲していることを特徴とする押出し成形金型。
2. （２）連通路の屈曲が直角方向である特許請求の範囲第
   １項記載の押出し成形金型。
3. （３）セラミックハニカム構造体が圧力波式過給機用セ
   ラミックローターである特許請求の範囲第１項記載の押
   出し成形金型。
4. （４）セラミック坏土を、複数の隔壁厚と少なくとも二
   つ以上の貫通孔を有し、セラミックハニカム構造体の断
   面形状に対応した成形溝およびその成形溝の交叉部ある
   いは稜辺部に連通するセラミック坏土供給孔を備え、隔
   壁厚が小なる成形溝に連通するセラミック坏土供給孔の
   水力直径が隔壁厚が大なる成形溝に連通するセラミック
   坏土供給孔の水力直径より大きく形成されていると共に
   、隔壁厚が大なる成形溝に連通するセラミック坏土供給
   孔の該成形溝への連通路が屈曲してなる押出し成形金型
   のセラミック坏土供給孔に押圧供給することにより、隔
   壁厚が大なる部分および隔壁厚が小なる部分とも同一速
   度にて押出すことを特徴するセラミックハニカム構造体
   の押出し成形方法。